JP2005032578A - Separator for fuel cell, fuel cell, and fuel cell vehicle - Google Patents

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啓貴 千葉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the degradation of generating characteristics due to increase in contacting resistance and variations in gas flow, by preventing the warping of separators forming a metal thin plate in corrugated form. <P>SOLUTION: The fuel cell separators, which are arranged opposed to each other on each electrode face on both sides of a solid electrolyte and has gas passages 11, 17 by which an oxidant gas or a fuel gas is supplied on the side opposed to the electrode face and cooling water passages 18 on the opposite side face to the electrode face, comprises respectively the gas passages 11, 17 and cooling water passages 18 by forming the plate material in corrugated form and with concave and convex shapes. The sum of the passage width dimension or sum of passage cross section of these gas passages 11, 17 is made equal to the sum of the passage width dimension or passage cross section of the cooling water passages 18 formed on the opposite side face of these. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、固体電解質型燃料電池に使用する燃料電池用セパレータ、燃料電池および燃料電池自動車に関する。   The present invention relates to a separator for a fuel cell, a fuel cell, and a fuel cell vehicle used for a solid oxide fuel cell.

燃料電池は、反応ガスである水素含有ガスなどの燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを、直接電気エネルギに変換する装置であり、エネルギ効率を他のエネルギ機関と比べて高くできること、資源の枯渇問題を有する化石燃料を使う必要がないので排出ガスを発生しないなどの優れた特徴を有している。   A fuel cell is a device that converts the chemical energy of fuel directly into electrical energy by electrochemically reacting a fuel gas such as a hydrogen-containing gas that is a reactive gas with an oxidant gas such as air. It has excellent characteristics such as high energy efficiency compared to other energy engines and no generation of exhaust gas because there is no need to use fossil fuels that have a problem of resource depletion.

このため地球環境保護の観点から、燃料電池を自動車の内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、このモータにより自動車を駆動することが検討されている。   For this reason, from the viewpoint of protecting the global environment, it has been studied to use a fuel cell as a power source of a motor that operates in place of an internal combustion engine of an automobile, and to drive the automobile by this motor.

このような燃料電池は、両面に電極(燃料極,酸化剤極)を設ける電解質の種類により、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型など各種が知られている。このうち固体高分子電解質型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)における電極反応は以下のようになる。   Various types of fuel cells such as solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type and solid oxide type are known depending on the type of electrolyte provided with electrodes (fuel electrode, oxidant electrode) on both sides. . Among these, the electrode reaction in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is as follows.

燃料極:H2 →2H+ +2e- ・・・(1)
酸化剤極:(1/2)O2 +2H+ +2e-→H2 O ・・・(2)
燃料極には燃料ガスを供給し、上記した式(1)の反応が進行してプロトンが生成される。プロトンは、水和状態で、電解質、ここでは固体高分子電解質内を移動して酸化剤極に至る。酸化剤極では、このプロトンと、供給した酸化剤ガス中の酸素により、上記した式(2)の反応が進行する。式(1),(2)の反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力を生じることになる。
Fuel electrode: H 2 → 2H + + 2e (1)
Oxidant electrode: (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
Fuel gas is supplied to the fuel electrode, and the reaction of the above formula (1) proceeds to generate protons. In the hydrated state, protons move through the electrolyte, here the solid polymer electrolyte, and reach the oxidant electrode. At the oxidant electrode, the reaction of the above formula (2) proceeds by the proton and oxygen in the supplied oxidant gas. As the reactions of the equations (1) and (2) proceed at each pole, the fuel cell generates an electromotive force.

このように固体高分子電解質型燃料電池は、分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させると、プロトン伝導性電解質として機能することを利用した燃料電池である。これは比較的低温で作動し、効率の良い発電を行うことができるため、電気自動車搭載用を始めとして各種用途が見込まれている。   As described above, the solid polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that utilizes a function as a proton conductive electrolyte when a polymer resin film having a proton exchange group in a molecule is saturatedly hydrated. Since this can operate at a relatively low temperature and perform efficient power generation, various uses are expected including those for electric vehicles.

このような固体高分子電解質型燃料電池において、容積を小さくしたままで高い出力を得るため、また、高効率の燃料電池システムを得るため、下記特許文献1に記載されているように、電極に対向して配置するセパレータに設けたガス流路を、電極の触媒層に反応ガスを供給する供給用ガス流路と、触媒層からガスを回収する排出用ガス流路とに分離して構成している。
特開平11−16591号公報 ここでは、供給用ガス流路と排出用ガス流路とを交互に配列し、供給用ガス流路に積極的にガスを供給することにより、反応面積を増やすと同時に生成水の排出性を向上している。これにより、供給用ガス流路の全てのガスがガス拡散電極や触媒層内を通って排出用ガス流路へ排出される。このため、触媒電極を効率的に使用でき、高効率を保ったまま、単位体積当りの出力を向上できる。
In such a polymer electrolyte fuel cell, in order to obtain a high output with a small volume and to obtain a highly efficient fuel cell system, as described in Patent Document 1 below, The gas flow path provided in the opposing separator is separated into a supply gas flow path for supplying the reaction gas to the electrode catalyst layer and a discharge gas flow path for recovering the gas from the catalyst layer. ing.
JP, 11-16591, A Here, at the same time as increasing the reaction area by arranging supply gas passages and discharge gas passages alternately and actively supplying gas to the supply gas passages. The discharge of generated water is improved. As a result, all the gas in the supply gas flow path is discharged to the discharge gas flow path through the gas diffusion electrode and the catalyst layer. For this reason, the catalyst electrode can be used efficiently, and the output per unit volume can be improved while maintaining high efficiency.

また、固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面にガス拡散電極(ガス拡散層と触媒層からなり、触媒が存在する面が高分子電解質膜に接する)をホットプレスなどの手段により接合してなる膜電極接合体(MEA)と、カーボンや金属製のガスセパレータを積層した構造を有する。   In addition, a solid polymer electrolyte fuel cell has a gas diffusion electrode (consisting of a gas diffusion layer and a catalyst layer, and the surface on which the catalyst exists is in contact with the polymer electrolyte membrane) on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. It has a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) bonded by means and a carbon or metal gas separator are laminated.

ガスセパレータとしては、炭素材は非常によく用いられるが、切削加工により成形されるため、コストが高く、また強度が低いため、セパレータを厚くする必要があり、このため燃料電池の容積が大きくなるという問題点がある。   As a gas separator, a carbon material is very often used, but since it is formed by cutting, the cost is high and the strength is low, so it is necessary to increase the thickness of the separator, which increases the volume of the fuel cell. There is a problem.

そこで、下記特許文献2に示されるような、従来の固体高分子電解質型燃料電池においては、セパレータとMEAとの間に反応ガス流路を形成するとともに、セパレータ板と中間板との間に冷却水流路を設けている。
特開2000−228207号公報 ここで、中間板は、反応ガス流路と冷却水流路を備えたセパレータと、反応ガス流路を備えたセパレータとの間に配置される隔壁であり、この構成により、冷却水流路を構成するための部材を必要とせず、燃料電池の小型化や軽量化を狙ったものであるが、この隔壁自体の存在により燃料電池の大型化や重量増大を招いてしまう。
Therefore, in a conventional solid polymer electrolyte fuel cell as shown in Patent Document 2 below, a reaction gas flow path is formed between the separator and the MEA, and cooling is performed between the separator plate and the intermediate plate. A water channel is provided.
JP, 2000-228207, A Here, an intermediate board is a partition arranged between a separator provided with a reaction gas channel and a cooling water channel, and a separator provided with a reaction gas channel, and by this composition In this case, a member for forming the cooling water flow path is not required, and the fuel cell is aimed to be reduced in size and weight. However, the presence of the partition wall itself increases the size and weight of the fuel cell.

また、セパレータ材料はMEA相互間を電気的に接続させるため、高い電気伝導性、構成材料との低い接触抵抗が必要となる。このため、「固体高分子型燃料電池の開発と実用化」(株)技術情報協会 1999年発行のp.92(図8)に開示されるように、セパレータとしては、カーボン材料をプレート状に成形し、この両面に反応ガス流路面を成形したものが用いられている。   Further, since the separator material electrically connects the MEAs, high electrical conductivity and low contact resistance with the constituent materials are required. Therefore, “Development and Practical Use of Polymer Electrolyte Fuel Cell”, p. As disclosed in FIG. 92 (FIG. 8), as the separator, a carbon material formed into a plate shape and a reaction gas flow path surface formed on both sides thereof is used.

しかし、カーボン材は、構成材料との接触抵抗が低い点については優れるものの、金属材料に比べると強度が低いため、燃料電池を自動車などに搭載する際に厚さを薄くし小型化する要求に対しては自ずと限界があり、1〜5mm程度の厚さが一般的である。   However, although carbon materials are superior in that they have low contact resistance with constituent materials, they are less strong than metal materials, so when a fuel cell is mounted on an automobile or the like, it is required to be made thinner and smaller. However, the thickness is naturally limited, and a thickness of about 1 to 5 mm is common.

このような、燃料電池の小型化、低コスト化のため、下記特許文献3,4に開示されるように、セパレータの材料として金属製薄板を用い、プレス成形などの加工により、波形に成形することで、セパレータの厚さを低減させることが試みられている。
特開2000−323149号公報 特開2002−190305号公報
In order to reduce the size and cost of the fuel cell as described above, as disclosed in Patent Documents 3 and 4 below, a metal thin plate is used as a separator material, and it is formed into a waveform by processing such as press molding. Thus, attempts have been made to reduce the thickness of the separator.
JP 2000-323149 A JP 2002-190305 A

このような固体高分子電解質型燃料電池において、出力密度を向上させるには、前述の特許文献1に示されるように、セパレータに設けたガス流路を、供給用ガス流路と排出用ガス流路とに分離するとともに、これら両ガス流路を交互に配列し、供給用ガス流路に積極的にガスを供給するような流路パターン(インタディジテート型とも呼ばれる)としたものを用いることは有効である。   In such a solid polymer electrolyte fuel cell, in order to improve the output density, as shown in Patent Document 1 described above, the gas flow path provided in the separator is divided into a supply gas flow path and a discharge gas flow. Use a flow path pattern (also called an interdigitate type) that separates the gas flow paths and alternately supplies these gas flow paths and actively supplies gas to the supply gas flow paths. Is valid.

しかし、このような構成とした場合、流路に直交する断面形状におけるセパレータ材料の裏表の凹凸形状の差により、セパレータに反りが発生する。このため、組立性の悪化が発生するとともに、組立後の電極とセパレータのリブ面(表面の波形の凸部)との間の面圧不均一による、トータルとしての接触抵抗の増大、ガス配流のばらつきによる発電特性の低下が問題となる。   However, in such a configuration, the separator is warped due to the difference in the concave and convex shapes of the separator material in the cross-sectional shape orthogonal to the flow path. For this reason, the deterioration of assemblability occurs, and the contact resistance between the electrode after assembly and the rib surface of the separator (the corrugated convex portion on the surface) is uneven, which increases the total contact resistance, Deterioration of power generation characteristics due to variations becomes a problem.

そこで、この発明は、金属製薄板を波形に形成したセパレータの反りを防止することで、接触抵抗の増大、ガス配流のばらつきによる発電特性の低下を防止することを目的としている。   In view of this, an object of the present invention is to prevent a separator having a corrugated metal thin plate from being warped, thereby preventing a decrease in power generation characteristics due to an increase in contact resistance and a variation in gas distribution.

前記目的を達成するために、この発明は、固体電解質の両側の各電極面に対向して配置され、この電極面に対向する面に酸化剤ガスもしくは燃料ガスが供給されるガス流路を備えるとともに、前記電極面と反対側に、冷却水流路を備えた燃料電池用セパレータにおいて、板材を波形に形成してその両面に、前記ガス流路および冷却水流路をそれぞれ形成し、前記ガス流路および冷却水流路の、前記セパレータの面に対向する方向から見た平面視での各面積を、互いに同等とした構成としてある。   In order to achieve the above object, the present invention is provided with a gas flow path that is disposed to face each electrode surface on both sides of a solid electrolyte and that is supplied with an oxidant gas or a fuel gas on the surface facing this electrode surface. In addition, in the fuel cell separator provided with a cooling water channel on the side opposite to the electrode surface, a plate material is formed in a corrugated shape, and the gas channel and the cooling water channel are respectively formed on both surfaces thereof. In addition, the respective areas of the cooling water channel in plan view as viewed from the direction facing the surface of the separator are set to be equal to each other.

この発明によれば、波形に形成した板材の両面に、ガス流路および冷却水流路をそれぞれ形成し、これらガス流路および冷却水流路の、セパレータの面に対向する方向から見た平面視での各面積を、互いに同等としたので、ガス流路および冷却水流路を凹凸で形成したセパレータの両面での張力が均等化し、セパレータの反りを低減することができる。この結果、燃料電池として組立性が向上するとともに、組立後の燃料電池における電極とセパレータとの面圧不均一を防止でき、トータルとしての接触抵抗低減、ガス配流のばらつきを低減でき発電特性を向上することが可能となる。   According to the present invention, the gas flow path and the cooling water flow path are respectively formed on both surfaces of the corrugated plate material, and the gas flow path and the cooling water flow path are viewed in a plan view from the direction facing the separator surface. Since the respective areas are equal to each other, the tension on both surfaces of the separator in which the gas flow path and the cooling water flow path are formed with unevenness can be equalized, and the warpage of the separator can be reduced. As a result, assemblability of the fuel cell is improved, non-uniform surface pressure between the electrode and the separator in the assembled fuel cell can be prevented, the total contact resistance can be reduced, and the variation in gas distribution can be reduced, improving the power generation characteristics. It becomes possible to do.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1〜図8は、この発明の第1の実施形態〜第8の実施形態による燃料電池用セパレータ(以下単に、セパレータと呼ぶ)の断面形状を示した模式図である。また、図9〜図11は、比較例1〜3のセパレータの断面形状を示した模式図である。なお、以下で説明するセパレータは、燃料極にガス流路を対向して形成してある燃料極側のセパレータとするが、酸化剤極にガス流路を対向して形成してある酸化剤極側のセパレータであってもよい。   FIGS. 1-8 is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells (henceforth only called a separator) by 1st Embodiment-8th Embodiment of this invention. 9 to 11 are schematic views showing the cross-sectional shapes of the separators of Comparative Examples 1 to 3. The separator described below is a separator on the fuel electrode side formed with the gas flow path facing the fuel electrode, but the oxidant electrode formed with the gas flow path facing the oxidant electrode. It may be a separator on the side.

上記した各実施形態および各比較例によるセパレータ1は、一方の面(図12中で表側の面)に図12に斜視図で示すようなガス流路形状を備えている。このガス流路形状は、電極に燃料ガスを供給する供給用ガス流路3と、電極から燃料ガスを排出する排出用ガス流路5とを、互いに独立して設けてある。   The separator 1 according to each of the embodiments and the comparative examples described above has a gas flow path shape as shown in a perspective view of FIG. 12 on one surface (surface on the front side in FIG. 12). In this gas flow path shape, a supply gas flow path 3 for supplying fuel gas to the electrode and a discharge gas flow path 5 for discharging the fuel gas from the electrode are provided independently of each other.

供給用ガス流路3は、供給口として燃料ガス供給孔7に連通する燃料ガス供給主流路9と、燃料ス供給主流路9から複数分岐する燃料ガス供給分岐流路11とを有する。一方、排出用ガス流路5は、排出口として燃料ガス排出孔13に連通する燃料ガス排出主流路15と、燃料ガス排出主流路15から複数分岐する燃料ガス排出分岐流路17とを有する。そして、燃料ガス供給分岐流路11と燃料ガス排出分岐流路17とを、複数交互に配列してある。   The supply gas flow path 3 includes a fuel gas supply main flow path 9 communicating with the fuel gas supply hole 7 as a supply port, and a fuel gas supply branch flow path 11 branched from the fuel supply main flow path 9. On the other hand, the discharge gas flow path 5 has a fuel gas discharge main flow path 15 communicating with the fuel gas discharge hole 13 as a discharge port, and a fuel gas discharge branch flow path 17 branched from the fuel gas discharge main flow path 15. A plurality of fuel gas supply branch passages 11 and fuel gas discharge branch passages 17 are alternately arranged.

また、セパレータ1の他方の面(図12中で裏側の面)には、冷却水流路(図1〜図11では、符号18で示している)を形成してあり、前記した図1〜図8は、図12のA−A断面の一部に相当する。   Further, a cooling water flow path (indicated by reference numeral 18 in FIGS. 1 to 11) is formed on the other surface of the separator 1 (the surface on the back side in FIG. 12). 8 corresponds to a part of the AA cross section of FIG.

さらに、上記したセパレータ1には、酸化剤ガス供給孔19,同排出孔21および、冷却水供給孔23,同排出孔25をそれぞれ形成してある。   Further, the separator 1 is provided with an oxidant gas supply hole 19, a discharge hole 21, a cooling water supply hole 23, and a discharge hole 25, respectively.

このようなセパレータ1は、SUS16L材の板厚0.1mmの板材を、プレス成形にて上記図12に示したような所定の波型形状に成形した後、金メッキを施す。なお、今回の全ての実施形態、比較例ともガス流路および冷却水流路の深さを0.5mmとしている。   Such a separator 1 is formed by press-molding a SUS16L plate having a thickness of 0.1 mm into a predetermined corrugated shape as shown in FIG. In all of the present embodiments and comparative examples, the depth of the gas flow path and the cooling water flow path is 0.5 mm.

図13は、上記したセパレータ1を使用した燃料電池の単セルを複数積層して構成した燃料電池スタック45の分解斜視図である。この燃料電池スタック45は、MEA27の両側に燃料極側のセパレータ1および酸化剤極側のセパレータ1をそれぞれ配置して単セルとし、この単セルを多数積層してその両端にエンドプレート29を配置し、これらを締結ボルト31で締結している。MEA27は、従来の技術でも説明したように、固体高分子電解質膜の両面に、ガス拡散層と触媒層からなるガス拡散電極を、ホットプレスなどの手段により接合してなる膜電極接合体である。   FIG. 13 is an exploded perspective view of a fuel cell stack 45 configured by stacking a plurality of single cells of a fuel cell using the separator 1 described above. In this fuel cell stack 45, a separator 1 on the fuel electrode side and a separator 1 on the oxidizer electrode side are arranged on both sides of the MEA 27 to form a single cell, and a large number of single cells are stacked and end plates 29 are arranged on both ends thereof. These are fastened with fastening bolts 31. As described in the prior art, the MEA 27 is a membrane electrode assembly in which a gas diffusion electrode composed of a gas diffusion layer and a catalyst layer is bonded to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane by means such as hot pressing. .

この燃料電池スタック45に対し、一方のエンドプレート29に燃料供給口33,同排出口35,酸化剤供給口37,同排出口39,冷却水供給口41,同排出口43を、それぞれ形成する。これら各供給口および排出口は、燃料電池スタック45全体をその積層方向に貫通している。そして、前記図12に示した燃料ガス供給孔7は燃料供給口33に、燃料ガス排出孔13は燃料排出口35に、それぞれ対応し、また酸化剤ガス供給孔19は酸化剤供給口37に、酸化剤ガス排出孔21は酸化剤排出口39に、それぞれ対応し、さらに冷却水供給孔23は冷却水供給口41に、冷却水排出孔25は冷却水排出口43に、それぞれ対応している。   For this fuel cell stack 45, a fuel supply port 33, a discharge port 35, an oxidant supply port 37, a discharge port 39, a cooling water supply port 41, and a discharge port 43 are formed in one end plate 29, respectively. . Each of these supply ports and discharge ports penetrates the entire fuel cell stack 45 in the stacking direction. The fuel gas supply hole 7 shown in FIG. 12 corresponds to the fuel supply port 33, the fuel gas discharge hole 13 corresponds to the fuel discharge port 35, and the oxidant gas supply hole 19 corresponds to the oxidant supply port 37. The oxidant gas discharge hole 21 corresponds to the oxidant discharge port 39, the cooling water supply hole 23 corresponds to the cooling water supply port 41, and the cooling water discharge hole 25 corresponds to the cooling water discharge port 43, respectively. Yes.

次に、図1〜図8の各実施形態について説明する。   Next, each embodiment of FIGS. 1-8 is demonstrated.

図1に示す第1の実施形態は、燃料ガス供給分岐流路11の流路幅B1を2mmと太くし、燃料ガス排出分岐流路17の流路幅B2を1mmと細くしている。そして、流路幅B1の燃料ガス供給分岐流路11に対し、これと反対側の面で隣接する冷却水流路18の幅寸法L1をB1と等しくし、流路幅B2の燃料ガス排出分岐流路17に対し、これと反対側の面で隣接する冷却水流路18の幅L2をB2と等しくしている。すなわち、冷却水流路18は、流路幅の狭いものと広いものとが、冷却水流路18の配列方向に沿って交互に配置されている。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the flow path width B1 of the fuel gas supply branch flow path 11 is increased to 2 mm, and the flow path width B2 of the fuel gas discharge branch flow path 17 is decreased to 1 mm. Then, the fuel gas supply branch flow channel 11 having the flow channel width B1 is made equal to the width dimension L1 of the cooling water flow channel 18 adjacent to the fuel gas supply branch flow channel 11 on the opposite side to the fuel gas supply branch flow channel B1. The width L2 of the cooling water flow path 18 adjacent to the path 17 on the opposite side is equal to B2. In other words, the cooling water passages 18 having narrow passages and wide passages are alternately arranged along the direction in which the cooling water passages 18 are arranged.

また、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aは、いずれも平坦である。   Further, by forming the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17, the end surfaces 11 a and 17 a of the projecting portions projecting on the opposite side surface and the cooling water channel 18 are formed on the opposite side. Each of the end surfaces 18a of the convex portions protruding on the surface is flat.

上記図1に示すセパレータ1のガス流れ方向(図1中で紙面に直交する方向)と直交する断面の形状は、ガス流路(燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17)の配列方向の中心部である点Pを中心として点対称となっている。   The cross-sectional shape perpendicular to the gas flow direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1) of the separator 1 shown in FIG. 1 is a gas flow path (fuel gas supply branch flow path 11 and fuel gas discharge branch flow path 17). It is point-symmetric with respect to a point P that is the center in the arrangement direction.

また、上記断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和とが、互いに等しくなっている。   Further, in the cross-sectional shape, the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 along the gas channel arrangement direction, and the cooling water channel The sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the cooling water channels 18 along the 18 arrangement directions is equal to each other.

これにより、図12に示してある燃料ガス供給主流路9および燃料ガス排出主流路15を含む、セパレータ1の一方の面に形成してある燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17、すなわちガス流路全体のセパレータ1の一方の面に対向する方向から見た平面視での面積の総和と、冷却水流路18全体のセパレータ1の他方の面に対向する方向から見た平面視での面積の総和とを、互いに同等としている。   Thus, the fuel gas supply branch passage 11 and the fuel gas discharge branch passage formed on one surface of the separator 1 including the fuel gas supply main passage 9 and the fuel gas discharge main passage 15 shown in FIG. 17, that is, the total area in a plan view as viewed from the direction facing one surface of the separator 1 in the entire gas flow path, and the plane as viewed from the direction facing the other surface of the separator 1 in the entire cooling water flow path 18. The sum of the visual areas is equivalent to each other.

図2に示す第2の実施形態は、供給用ガス流路3,排出用ガス流路5および冷却水流路18のそれぞれの流路幅,配置を、第1の実施形態と同様とし、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aを、いずれも凸曲面としている。   In the second embodiment shown in FIG. 2, the supply gas flow path 3, the discharge gas flow path 5 and the cooling water flow path 18 have the same flow width and arrangement as in the first embodiment, and the fuel gas The end surfaces 11a and 17a of the projections projecting to the opposite side surface by the formation of the supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 and the opposite side surface by the formation of the cooling water channel 18 are formed. Each of the end surfaces 18a of the convex portions is a convex curved surface.

具体的には、互いに同等の流路幅B1,L1を有する燃料ガス供給分岐流路11,冷却水流路18にそれぞれ対応する端面11a,18aの曲率半径RB1,RL1を4.5mm、互いに同等の流路幅B2,L2を有する燃料ガス排出分岐流路17,冷却水流路18にそれぞれ対応する端面17a,18aの曲率半径RB2,RL2を2mmとしている。   More specifically, the curvature radii RB1 and RL1 of the end surfaces 11a and 18a corresponding to the fuel gas supply branch channel 11 and the coolant channel 18 having the same channel widths B1 and L1 are 4.5 mm, which are equivalent to each other. The curvature radii RB2 and RL2 of the end surfaces 17a and 18a corresponding to the fuel gas discharge branch channel 17 and the coolant channel 18 having the channel widths B2 and L2 are 2 mm.

この第2の実施形態によるセパレータ1のガス流れ方向と直交する断面の形状も、第1の実施形態と同様に、点Pを中心として点対称となっている。また、この断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法もしくは流路断面積の総和と等しくなっている。   The shape of the cross section perpendicular to the gas flow direction of the separator 1 according to the second embodiment is also point-symmetric with respect to the point P as in the first embodiment. Further, in this cross-sectional shape, the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 along the gas channel arrangement direction, and the cooling water channel 18 is equal to the sum of the channel width dimensions or channel cross-sectional areas of the cooling water channels 18 along the 18 arrangement direction.

図3に示す第3の実施形態は、前記図2に示した第2の実施形態に対し、互いに同等の流路幅B2,L2を有する燃料ガス排出分岐流路17,冷却水流路18の各端面17a,18aの曲率半径RB2,RL2を、0.2mmとしている。その他の構成は、第2の実施形態と同様である。   The third embodiment shown in FIG. 3 is different from the second embodiment shown in FIG. 2 in that each of the fuel gas discharge branch flow path 17 and the cooling water flow path 18 having flow path widths B2 and L2 that are equivalent to each other. The curvature radii RB2 and RL2 of the end faces 17a and 18a are 0.2 mm. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

したがって、この第3の実施形態も、第1の実施形態と同様に、セパレータ1のガス流れ方向と直交する断面の形状は、断面形状が点Pを中心として点対称となっているとともに、この断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法もしくは流路断面積の総和と等しくなっている。   Therefore, in the third embodiment, as in the first embodiment, the cross-sectional shape orthogonal to the gas flow direction of the separator 1 is symmetric with respect to the point P. In the cross-sectional shape, the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 along the gas channel arrangement direction, and the arrangement of the cooling water channel 18 This is equal to the sum of the channel width dimension or channel cross-sectional area of the coolant channel 18 along the direction.

図4に示す第4の実施形態は、燃料ガス供給分岐流路11の流路幅B1を2mmと太くし、燃料ガス排出分岐流路17の流路幅B2と1mmと細くした点は、第1の実施形態と同様である。   The fourth embodiment shown in FIG. 4 is that the flow width B1 of the fuel gas supply branch flow path 11 is increased to 2 mm and the flow path width B2 of the fuel gas discharge branch flow path 17 is reduced to 1 mm. This is the same as the first embodiment.

一方冷却水流路18の流路幅を、燃料ガス供給分岐流路11にこれと反対側の面で隣接する冷却水流路18の流路幅L1および、燃料ガス排出分岐流路17にこれと反対側の面で隣接する冷却水流路18の流路幅L2の両方を、(B1+B2)/2=1.5mmとなるよう互いに等しくしている。   On the other hand, the flow path width of the cooling water flow path 18 is opposite to the flow path width L1 of the cooling water flow path 18 adjacent to the fuel gas supply branch flow path 11 on the opposite side and the fuel gas discharge branch flow path 17. Both of the channel widths L2 of the cooling water channels 18 adjacent on the side surface are made equal to each other so that (B1 + B2) /2=1.5 mm.

また、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aは、いずれも平坦である。   Further, by forming the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17, the end surfaces 11 a and 17 a of the projecting portions projecting on the opposite side surface and the cooling water channel 18 are formed on the opposite side. Each of the end surfaces 18a of the convex portions protruding on the surface is flat.

この第4の実施形態も、図4に示すセパレータ1のガス流れ方向(図4中で紙面に直交する方向)と直交する断面の形状は、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和とが、互いに等しくなっている。   Also in the fourth embodiment, the shape of the cross section orthogonal to the gas flow direction of the separator 1 shown in FIG. 4 (the direction orthogonal to the paper surface in FIG. 4) is the fuel gas supply branch along the gas flow path arrangement direction. The sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 and the sum or flow of the channel width dimensions of the cooling water channel 18 along the direction in which the cooling water channels 18 are arranged. The sum of the road cross-sectional areas is equal to each other.

図5に示す第5の実施形態は、供給用ガス流路3,排出用ガス流路5および冷却水流路18のそれぞれの流路幅,配置を、図4に示した第4の実施形態と同様とし、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aを、いずれも凸曲面としている。   The fifth embodiment shown in FIG. 5 is different from the fourth embodiment shown in FIG. 4 in the width and arrangement of the supply gas passage 3, the discharge gas passage 5, and the cooling water passage 18. Similarly, the formation of the fuel gas supply branch passage 11 and the fuel gas discharge branch passage 17 is opposite to this by the formation of the end faces 11a and 17a of the convex portions protruding on the opposite surface and the cooling water passage 18. The end surface 18a of each convex portion protruding on the side surface is a convex curved surface.

具体的には、燃料ガス供給分岐流路11に対応する端面11aの曲率半径RB1を4.5mm、燃料ガス排出分岐流路17に対応する端面17aの曲率半径RB2を2mm、冷却水流路18の端面18aに対応する曲率半径RL1,RL2を3mmとしている。   Specifically, the curvature radius RB1 of the end face 11a corresponding to the fuel gas supply branch flow path 11 is 4.5 mm, the curvature radius RB2 of the end face 17a corresponding to the fuel gas discharge branch flow path 17 is 2 mm, and the cooling water flow path 18 The curvature radii RL1 and RL2 corresponding to the end face 18a are 3 mm.

この第5の実施形態も、セパレータ1のガス流れ方向と直交する断面の形状が、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和とが、互いに等しくなっている。   Also in the fifth embodiment, the shape of the cross section perpendicular to the gas flow direction of the separator 1 is the flow path width of the fuel gas supply branch flow path 11 and the fuel gas discharge branch flow path 17 along the arrangement direction of the gas flow paths. The sum of dimensions or the sum of channel cross-sectional areas is equal to the sum of channel width dimensions or the sum of channel cross-sectional areas of the coolant channels 18 along the arrangement direction of the coolant channels 18.

図6に示す第6の実施形態は、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aを平坦としている点が第5の実施形態と異なる。その他の構成は、第5の実施形態と同様である。   In the sixth embodiment shown in FIG. 6, the end surfaces 11 a and 17 a of the projecting portions projecting to the opposite surface by the formation of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 are flat. This is different from the fifth embodiment. Other configurations are the same as those of the fifth embodiment.

図7に示す第7の実施形態は、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17および冷却水流路18の流路幅をすべて等しく、1.5mmとしている。   In the seventh embodiment shown in FIG. 7, the fuel gas supply branch flow path 11, the fuel gas discharge branch flow path 17 and the cooling water flow path 18 are all equal to 1.5 mm in width.

また、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aは、いずれも平坦である。   Further, by forming the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17, the end surfaces 11 a and 17 a of the projecting portions projecting on the opposite side surface and the cooling water channel 18 are formed on the opposite side. Each of the end surfaces 18a of the convex portions protruding on the surface is flat.

この第7の実施形態によるセパレータ1のガス流れ方向と直交する断面の形状も、図1に示した第1の実施形態と同様に、点Pを中心として点対称となっている。また、この断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和とが、互いに等しくなっている。   The shape of the cross section perpendicular to the gas flow direction of the separator 1 according to the seventh embodiment is also point-symmetric about the point P as in the first embodiment shown in FIG. Further, in this cross-sectional shape, the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 along the gas channel arrangement direction, and the cooling water channel The sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the cooling water channels 18 along the 18 arrangement directions is equal to each other.

図8に示す第8の実施形態は、供給用ガス流路3,排出用ガス流路5および冷却水流路18のそれぞれの流路幅,配置を、図7に示した第7の実施形態と同様とし、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aおよび、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aを、いずれも凸曲面としている。   The eighth embodiment shown in FIG. 8 is different from the seventh embodiment shown in FIG. 7 in the width and arrangement of the supply gas passage 3, the discharge gas passage 5, and the cooling water passage 18. Similarly, the formation of the fuel gas supply branch passage 11 and the fuel gas discharge branch passage 17 is opposite to this by the formation of the end faces 11a and 17a of the convex portions protruding on the opposite surface and the cooling water passage 18. The end surface 18a of each convex portion protruding on the side surface is a convex curved surface.

具体的には、互いに同等の流路幅を有する燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17および冷却水流路18にそれぞれ対応する端面11a,17aおよび18aの各曲率半径RB1,RB2およびRL1,RL2を、いずれも3mmとしている。   Specifically, the radii of curvature RB1, RB2 of the end faces 11a, 17a and 18a corresponding to the fuel gas supply branch channel 11, the fuel gas discharge branch channel 17 and the cooling water channel 18 having the same channel width, respectively. And RL1 and RL2 are both 3 mm.

図9は、比較例1を示している。この比較例1は、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の各流路幅B1,B2を、互いに等しくし、かつこれと反対側の面にある冷却水流路18の流路幅L1より太くしている。   FIG. 9 shows Comparative Example 1. In this comparative example 1, the flow widths B1 and B2 of the fuel gas supply branch flow path 11 and the fuel gas discharge branch flow path 17 are equal to each other, and the flow of the cooling water flow path 18 on the opposite surface is provided. It is thicker than the road width L1.

具体的には、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の各流路幅B1,B2を1.8mm、冷却水流路18の流路幅L1を1.2mmとしている。   Specifically, the flow path widths B1 and B2 of the fuel gas supply branch flow path 11 and the fuel gas discharge branch flow path 17 are 1.8 mm, and the flow path width L1 of the cooling water flow path 18 is 1.2 mm.

このため、この比較例1は、図9に示してある断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和が、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和より大きく、互いに異なっている。   For this reason, this comparative example 1 is the sum of the channel width dimensions of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 along the gas channel arrangement direction in the cross-sectional shape shown in FIG. Alternatively, the sum of the channel cross-sectional areas is larger than the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the cooling water channels 18 along the direction in which the cooling water channels 18 are arranged, and is different from each other.

これにより、前記図12に示してある燃料ガス供給主流路9および燃料ガス排出主流路15を含む、セパレータ1の一方の面に形成してある燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17、すなわちガス流路全体のセパレータ1の一方の面に対向する方向から見た平面視での面積の総和と、冷却水流路18全体のセパレータ1の他方の面に対向する方向から見た平面視での面積の総和とが、互いに異なっている。   As a result, the fuel gas supply branch passage 11 and the fuel gas discharge branch flow formed on one surface of the separator 1 including the fuel gas supply main passage 9 and the fuel gas discharge main passage 15 shown in FIG. The total area in a plan view as viewed from the direction facing the one surface of the separator 17 in the entire path 17, that is, the gas flow path, and the direction facing the other surface of the separator 1 in the entire cooling water path 18. The total area in plan view is different from each other.

図10は、比較例2を示している。この比較例2は、冷却水流路18の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面18aを、曲率半径RL1=RL2=2mmの凸曲面としている点が、比較例1と異なっている。その他の構成は、比較例1と同様である。   FIG. 10 shows Comparative Example 2. The comparative example 2 is different from the comparative example 1 in that the end surface 18a of each convex portion that protrudes on the opposite side surface due to the formation of the cooling water flow path 18 is a convex curved surface having a curvature radius RL1 = RL2 = 2 mm. ing. Other configurations are the same as those of the first comparative example.

したがって、この比較例2においても、図10の断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和が、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和より大きく、互いに異なっている。   Therefore, also in this comparative example 2, the sum of the channel width dimensions of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 or the channel in the cross-sectional shape of FIG. The sum of the cross-sectional areas is larger than the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the coolant channels 18 along the direction in which the coolant channels 18 are arranged, and is different from each other.

図11は、比較例3を示している。この比較例3は、燃料ガス供給分岐流路11,燃料ガス排出分岐流路17の形成によってこれと反対側の面に突出する各凸部の端面11a,17aを、曲率半径RB1=RB2=4mmの凸曲面としている点が、比較例2と異なっている。その他の構成は、比較例2と同様である。   FIG. 11 shows Comparative Example 3. In this comparative example 3, the end surfaces 11a and 17a of the convex portions projecting to the opposite surface by the formation of the fuel gas supply branch flow path 11 and the fuel gas discharge branch flow path 17 have the curvature radii RB1 = RB2 = 4 mm. This is different from Comparative Example 2 in that it is a convex curved surface. Other configurations are the same as those of the second comparative example.

したがって、この比較例3においても、図11の断面形状における、ガス流路の配列方向に沿った燃料ガス供給分岐流路11および燃料ガス排出分岐流路17の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和が、冷却水流路18の配列方向に沿った冷却水流路18の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和より大きく、互いに異なっている。   Therefore, also in this comparative example 3, the sum of the channel width dimensions of the fuel gas supply branch channel 11 and the fuel gas discharge branch channel 17 or the channel in the cross-sectional shape of FIG. The sum of the cross-sectional areas is larger than the sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas of the coolant channels 18 along the direction in which the coolant channels 18 are arranged, and is different from each other.

次に、上記した各実施形態および各比較例によるセパレータ1において、アクティブエリアすなわち発電部分に対応する面積を10cm2とし、前記図12に模式図を示すインターディジテート型流路を有するセパレータ1としてプレス成形した後、反り量を測定した。ここでの反り量とは、平面上にセパレータ1を載置した状態で、この平面に接触するセパレータ1の端部と、反りにより平面から浮き上がった部分のうちの最も平面から離れた部位までの間隔とする。 Next, in the separator 1 according to each of the above-described embodiments and comparative examples, the active area, that is, the area corresponding to the power generation portion is 10 cm 2, and the separator 1 having the interdigitated flow path schematically shown in FIG. After press molding, the amount of warpage was measured. The amount of warpage here means that the separator 1 is placed on a plane, and the end of the separator 1 that comes into contact with the plane and the portion farthest from the plane out of the portion raised from the plane due to warpage. Interval.

さらに、これらの各実施形態および各比較例のセパレータ1を、燃料極側セパレータとして用い、酸素剤極側セパレータとしては、供給用ガス流路と排出用ガス流路の各流路幅を互いに同じとしたものを用い、高分子電解質膜としては、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体膜(商品名;ナフィオン112、デュポン株式会社)を、ガス拡散電極としてカーボンブラックで担持した白金触媒を塗布した東レ(株)製カーボンペーパ(TGP−H−090)をそれぞれ用い、前記図13に示すように、充分な剛性を持つエンドプレート29にて、これらを多数積層して1MPaの面圧で両側から締め付けて燃料電池スタック45を構成し、発電特性を評価した。   Furthermore, the separators 1 of these embodiments and comparative examples are used as fuel electrode side separators, and the oxygen agent electrode side separators have the same channel widths for the supply gas channel and the discharge gas channel. As the polymer electrolyte membrane, a perfluorocarbon polymer membrane having a sulfonic acid group (trade name; Nafion 112, DuPont Co., Ltd.) was applied with a platinum catalyst supported by carbon black as a gas diffusion electrode. Using carbon paper (TGP-H-090) manufactured by Toray Industries, Inc., as shown in FIG. 13, a large number of these are laminated on the end plate 29 having sufficient rigidity, and a surface pressure of 1 MPa is applied from both sides. The fuel cell stack 45 was configured by tightening, and the power generation characteristics were evaluated.

これらの評価結果を表1に示す。

Figure 2005032578
表1に示すように、セパレータ1の反り量は、セパレータ1の断面形状を点対称とした第1〜第3,第7,第8の各実施形態が小さく、中でも各端面11a,17a,18aを凸曲面とした第2,第3,第8の各実施形態が特に小さくなっている。 These evaluation results are shown in Table 1.
Figure 2005032578
As shown in Table 1, the amount of warping of the separator 1 is small in each of the first to third, seventh, and eighth embodiments in which the cross-sectional shape of the separator 1 is point-symmetric, and among these, the end faces 11a, 17a, and 18a are particularly small. Each of the second, third, and eighth embodiments having a convex curved surface is particularly small.

これらの各実施形態に比べ、第4〜第6の各実施形態によるセパレータ1の反り量は若干大きくなるが、比較例1〜3に比べると格段に小さくなっている。   Compared to these embodiments, the amount of warping of the separator 1 according to the fourth to sixth embodiments is slightly larger, but is significantly smaller than those of Comparative Examples 1 to 3.

一方、発電性能は、0.5A/cm2の電流を取り出したときの燃料電池の起電力で評価した。この発電特性については、燃料極側のセパレータ1の燃料ガス供給分岐流路11の流路幅を燃料ガス排出分岐流路17よりも太くした第1〜第6の各実施形態が優れている。また、この中では、各端面11a,17a,18aを凸曲面とした第2,第3,第5の各実施形態および、端面18aを凸曲面とした第6の実施形態が特に優れている。 On the other hand, the power generation performance was evaluated by the electromotive force of the fuel cell when a current of 0.5 A / cm 2 was taken out. Regarding the power generation characteristics, the first to sixth embodiments in which the flow width of the fuel gas supply branch flow path 11 of the separator 1 on the fuel electrode side is wider than the fuel gas discharge branch flow path 17 are excellent. Of these, the second, third, and fifth embodiments in which the end surfaces 11a, 17a, and 18a are convex curved surfaces and the sixth embodiment in which the end surface 18a is a convex curved surface are particularly excellent.

第7,第8の各実施形態は、これら第1〜第6の各実施形態に比べ発電性能が若干劣るものの、比較例1〜3に比べると優れている。   The seventh and eighth embodiments are superior to Comparative Examples 1 to 3, although the power generation performance is slightly inferior to those of the first to sixth embodiments.

また、このときの燃料電池スタック45の反応エリア中央部の温度を計測したが、冷却水流路18の流路幅を全体で均一とした第4〜第8の各実施形態が最も温度が低く冷却性能に優れている。これらの各実施形態に比べると、冷却水流路18の流路幅が全体で異なる部位を有する第1〜第3の各実施形態は、若干温度が高く冷却性能が劣っているが、比較例1〜3に比べると、温度が低く冷却性能が優れている。   Moreover, although the temperature of the reaction area center part of the fuel cell stack 45 at this time was measured, each of the fourth to eighth embodiments in which the channel width of the cooling water channel 18 is uniform as a whole is the lowest temperature. Excellent performance. Compared with each of these embodiments, the first to third embodiments having portions where the channel width of the cooling water channel 18 differs as a whole are slightly higher in temperature and inferior in cooling performance. Compared to ˜3, the temperature is low and the cooling performance is excellent.

なお、第2,第3,第5,第6,第8の各実施形態における各端面11a,17a,18aの凸曲面の曲率半径は、0.8mm〜4.5mmとすることが好ましく、特に2mm〜4mmとすることが、より好ましい。そして、この場合、冷却水流路18の反対側の面に形成されて固体電解質の電極面に接する凸部の端面18aを凸曲面とすることで、発電性能の向上に寄与することができる。   In addition, it is preferable that the curvature radius of the convex curved surface of each end surface 11a, 17a, 18a in each of the second, third, fifth, sixth, and eighth embodiments is 0.8 mm to 4.5 mm. It is more preferable to set it as 2 mm-4 mm. In this case, the end face 18a of the convex portion that is formed on the opposite surface of the cooling water flow path 18 and is in contact with the electrode surface of the solid electrolyte is formed into a convex curved surface, which can contribute to improvement in power generation performance.

以上のように、本発明の各実施形態によれば、波形に形成した板材の両面に、ガス流路(供給用ガス流路3,排出用ガス流路5)および冷却水流路18をそれぞれ形成し、これら各ガス流路3,5および冷却水流路18のセパレータ1の面に対向する方向から見た平面視での各面積を、互いに同等としたので、ガス流路3,5および冷却水流路18を凹凸で形成したセパレータ1の両面での張力が均等化し、セパレータ1の反りを低減することができる。   As described above, according to each embodiment of the present invention, the gas flow path (supply gas flow path 3, discharge gas flow path 5) and the cooling water flow path 18 are formed on both surfaces of the corrugated plate material, respectively. In addition, since the respective areas in a plan view of the gas flow paths 3 and 5 and the cooling water flow path 18 when viewed from the direction facing the separator 1 are made equal to each other, the gas flow paths 3 and 5 and the cooling water flow The tension on both surfaces of the separator 1 in which the path 18 is formed with unevenness can be equalized, and the warpage of the separator 1 can be reduced.

この結果、燃料電池として組立性が向上するとともに、組立後の燃料電池における電極(MEA27)とセパレータ1との面圧不均一を防止でき、トータルとしての接触抵抗低減、ガス配流のばらつきを低減でき発電特性を向上することが可能となる。   As a result, the assemblability of the fuel cell is improved, the non-uniform surface pressure between the electrode (MEA 27) and the separator 1 in the assembled fuel cell can be prevented, the total contact resistance can be reduced, and the variation in gas distribution can be reduced. The power generation characteristics can be improved.

また、上記した各実施形態では、セパレータ1として、耐食性かつ導電性の表面処理を施したステンレス鋼板を、プレス成形により所定の形状とすることで、燃料電池の小型化に適した強度を有するセパレータ1を低コストで供給することが可能となる。   In each of the above-described embodiments, the separator 1 has a strength suitable for downsizing the fuel cell by forming a stainless steel plate subjected to corrosion-resistant and conductive surface treatment into a predetermined shape by press molding. 1 can be supplied at low cost.

また、第1〜第6の各実施形態では、少なくとも燃料極側のセパレータ1では、燃料ガス供給分岐流路11の流路幅を燃料ガス排出分岐流路17の流路幅より太くし、または燃料ガス供給分岐流路11の流路断面積を燃料ガス排出分岐流路17の流路断面積より大きくする構成としている。   In each of the first to sixth embodiments, at least in the separator 1 on the fuel electrode side, the flow path width of the fuel gas supply branch flow path 11 is made larger than the flow path width of the fuel gas discharge branch flow path 17, or The cross-sectional area of the fuel gas supply branch channel 11 is configured to be larger than the cross-sectional area of the fuel gas discharge branch channel 17.

ここで、燃料ガス(水素)は、電極触媒表面でプロトンとなり、このプロトンは電解質膜中を通り酸化剤ガス極側に移るため、大局的に見れば、燃料極側に供給したガスの量に比べ燃料極側から排出されるガスの量が減少する。このため、第1〜第6の各実施形態では、燃料ガス排出分岐流路17の流路幅を、ガス量が減少する分燃料ガス供給分岐流路11に比べて細くしており、この細くした分、セパレータ1の小型化を達成することが可能となる。   Here, the fuel gas (hydrogen) becomes a proton on the electrode catalyst surface, and this proton passes through the electrolyte membrane and moves to the oxidant gas electrode side. In comparison, the amount of gas discharged from the fuel electrode side is reduced. For this reason, in each of the first to sixth embodiments, the flow width of the fuel gas discharge branch flow path 17 is narrower than that of the fuel gas supply branch flow path 11 as the amount of gas decreases. Accordingly, the separator 1 can be reduced in size.

さらに、第4〜第6の各実施形態は、冷却水流路18の流路幅寸法を、全体で均一にしているので、冷却性能を効果的に維持することができる。   Further, in each of the fourth to sixth embodiments, since the channel width dimension of the cooling water channel 18 is made uniform as a whole, the cooling performance can be effectively maintained.

また、図14に示すように、本発明のセパレータ1を用いた発電効率のよい燃料電池スタック45を、自動車47の小さな空間に搭載して動力源として使用することで、燃料電池自動車として燃費・エネルギ効率向上に貢献でき、同時にスタイリングの自由度を向上できる。   Further, as shown in FIG. 14, a fuel cell stack 45 having high power generation efficiency using the separator 1 of the present invention is mounted in a small space of an automobile 47 and used as a power source. Contributes to improved energy efficiency, and at the same time improves the freedom of styling.

なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内でさまざまな変更が可能なことは言うまでもない。   In addition, this invention is not necessarily limited to each above-mentioned embodiment, It cannot be overemphasized that a various change is possible within the range of the technical idea as described in a claim.

この発明の第1の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 1st Embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 4th Embodiment of this invention. この発明の第5の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 5th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 6th Embodiment of this invention. この発明の第7の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 7th Embodiment of this invention. この発明の第8の実施形態による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional shape of the separator for fuel cells by 8th Embodiment of this invention. 比較例1による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。6 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a fuel cell separator according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。6 is a schematic view showing a cross-sectional shape of a fuel cell separator according to Comparative Example 2. FIG. 比較例3による燃料電池用セパレータの断面形状を示した模式図である。6 is a schematic view showing a cross-sectional shape of a fuel cell separator according to Comparative Example 3. FIG. 各実施形態および各比較例による燃料電池用セパレータのガス流路形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the gas flow path shape of the separator for fuel cells by each embodiment and each comparative example. 各実施形態および各比較例による燃料電池用セパレータを使用した燃料電池スタックの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the fuel cell stack using the separator for fuel cells by each embodiment and each comparative example. (a)は各実施形態および各比較例による燃料電池用セパレータを用いた燃料電池スタックを搭載する自動車の側面図、(b)は同平面図である。(A) is a side view of an automobile equipped with a fuel cell stack using a fuel cell separator according to each embodiment and each comparative example, and (b) is a plan view thereof.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池用セパレータ
3 供給用ガス流路(ガス流路)
5 排出用ガス流路(ガス流路)
7 燃料ガス供給孔(供給口)
11 燃料ガス供給分岐流路(ガス流路)
13 燃料ガス排出孔(排出口)
17 燃料ガス排出分岐流路(ガス流路)
18 冷却水流路
18a 電極面に接する凸部の端面(凸曲面)
45 燃料電池スタック
47 自動車
1 Fuel Cell Separator 3 Supply Gas Channel (Gas Channel)
5 Discharge gas channel (gas channel)
7 Fuel gas supply hole (supply port)
11 Fuel gas supply branch channel (gas channel)
13 Fuel gas discharge hole (discharge port)
17 Fuel gas discharge branch channel (gas channel)
18 Cooling water flow path 18a End face of convex part in contact with electrode surface (convex curved surface)
45 Fuel cell stack 47 Automobile

Claims (14)

固体電解質の両側の各電極面に対向して配置され、この電極面に対向する面に酸化剤ガスもしくは燃料ガスが供給されるガス流路を備えるとともに、前記電極面と反対側に、冷却水流路を備えた燃料電池用セパレータにおいて、板材を波形に形成してその両面に、前記ガス流路および冷却水流路をそれぞれ形成し、前記ガス流路および冷却水流路の、前記セパレータの面に対向する方向から見た平面視での各面積を、互いに同等としたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 A gas flow path is provided to face each electrode surface on both sides of the solid electrolyte, and an oxidant gas or fuel gas is supplied to the surface facing this electrode surface, and a cooling water flow is provided on the opposite side to the electrode surface. In a fuel cell separator having a channel, a plate material is formed in a corrugated shape, and the gas flow path and the cooling water flow path are formed on both surfaces thereof, and the gas flow path and the cooling water flow path are opposed to the surface of the separator. A separator for a fuel cell, characterized in that each area in a plan view as viewed from the direction to be made equal to each other. 前記ガス流路は、前記電極面に酸化剤ガスもしくは燃料ガスを供給する供給口として一端が外部に開口する供給用ガス流路と、前記電極面から酸化剤ガスもしくは燃料ガスを排出する排出口として一端を外部に開口する排出用ガス流路とを備え、これら供給用ガス流路および排出用ガス流路を、互いに独立して設けるとともに、複数交互に配列して設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用セパレータ。 The gas flow path includes a supply gas flow path having one end opened to the outside as a supply port for supplying oxidant gas or fuel gas to the electrode surface, and a discharge port for discharging oxidant gas or fuel gas from the electrode surface A discharge gas flow path having one end opened to the outside, and the supply gas flow path and the discharge gas flow path are provided independently of each other, and a plurality of gas flow paths are alternately arranged. The fuel cell separator according to claim 1. 前記供給用ガス流路および排出用ガス流路の前記配列方向に沿った流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和を、これらガス流路と反対側の面にて前記供給用ガス流路と排出用ガス流路形成との間に形成される前記冷却水流路の配列方向に沿った流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和と同等としたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池用セパレータ。 The sum of the channel width dimensions or the sum of the channel cross-sectional areas along the arrangement direction of the supply gas channel and the discharge gas channel is calculated on the surface opposite to the gas channel. 3. The sum of the passage width dimensions or the sum of the passage cross-sectional areas along the arrangement direction of the cooling water passages formed between the passage and the discharge gas passage formation is equal to the sum of the passage cross-sectional areas. The fuel cell separator as described. 前記ガス流路のうち少なくとも燃料ガスが流通する側では、前記供給用ガス流路の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和を、前記排出用ガス流路の流路幅寸法の総和もしくは流路断面積の総和より大きくしたことを特徴とする請求項3記載の燃料電池用セパレータ。 At least on the side where the fuel gas circulates in the gas flow path, the sum of the flow path dimensions of the supply gas flow path or the total cross-sectional area of the gas flow path is the sum of the flow path width dimensions of the discharge gas flow path. 4. The fuel cell separator according to claim 3, wherein the separator is larger than the sum of the cross-sectional areas of the flow paths. 前記供給用ガス流路および排出用ガス流路に隣接してこれと反対側の面に形成した前記冷却水流路の流路幅もしくは流路断面積を、前記供給用ガス流路および排出用ガス流路と同等としたことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 The flow width or cross-sectional area of the cooling water flow path formed adjacent to the supply gas flow path and the discharge gas flow path on the opposite side is defined as the supply gas flow path and the discharge gas. The fuel cell separator according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel cell separator is equivalent to a flow path. 前記冷却水流路を、流路幅の狭いものと広いものとを交互に配列したことを特徴とする請求項5記載の燃料電池用セパレータ。 6. The separator for a fuel cell according to claim 5, wherein the cooling water flow paths are alternately arranged with narrow and wide flow paths. 前記ガス流路のガス流れ方向と直交する断面形状が、このガス流路の配列方向の中心部を中心として点対称となっていることを特徴とする請求項5または6記載の燃料電池用セパレータ。 7. The fuel cell separator according to claim 5, wherein a cross-sectional shape perpendicular to the gas flow direction of the gas flow path is point-symmetric with respect to a center portion in the arrangement direction of the gas flow paths. . 前記冷却水流路の流路幅を、全体で均一にしたことを特徴とする請求項1ないし5,7のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 8. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the cooling water passage has a uniform passage width as a whole. 前記冷却水流路の反対側の面に形成されて前記固体電解質の電極面に接する凸部の端面を、凸曲面としたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 9. The fuel cell according to claim 1, wherein an end surface of a convex portion that is formed on a surface opposite to the cooling water flow path and is in contact with an electrode surface of the solid electrolyte is a convex curved surface. Separator. 前記凸曲面の曲率半径を、0.8mm〜4.5mmとしたことを特徴とする請求項9記載の燃料電池用セパレータ。 10. The fuel cell separator according to claim 9, wherein a radius of curvature of the convex curved surface is set to 0.8 mm to 4.5 mm. 前記凸曲面の曲率半径を、2mm〜4mmとしたことを特徴とする請求項10記載の燃料電池用セパレータ。 11. The fuel cell separator according to claim 10, wherein the curvature radius of the convex curved surface is 2 mm to 4 mm. 耐食性かつ導電性の表面処理を施したステンレス鋼板をプレス成形して前記ガス流路および冷却水流路を形成したことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 11, wherein the gas flow path and the cooling water flow path are formed by press-molding a stainless steel plate subjected to a corrosion-resistant and conductive surface treatment. 請求項1ないし12のいずれかに記載の燃料電池用セパレータを用いたことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising the fuel cell separator according to any one of claims 1 to 12. 請求項13記載の燃料電池の単セルを複数積層して燃料電池スタックを構成し、この燃料電池スタックを動力源として搭載したことを特徴とする燃料電池自動車。 A fuel cell vehicle comprising a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells of the fuel cell according to claim 13 and mounting the fuel cell stack as a power source.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064366A1 (en) 2008-12-02 2010-06-10 パナソニック株式会社 Fuel cell
KR101399664B1 (en) 2012-05-16 2014-05-27 고려대학교 산학협력단 Separator of Fuel Cell
JP2017501554A (en) * 2014-01-07 2017-01-12 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Flow guide plate for fuel cell
JP2017502473A (en) * 2014-01-07 2017-01-19 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Flow guide plate for fuel cell
US9692063B2 (en) 2009-01-22 2017-06-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell separator and fuel cell
JP2017143051A (en) * 2016-02-12 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel battery

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064366A1 (en) 2008-12-02 2010-06-10 パナソニック株式会社 Fuel cell
JP4559539B2 (en) * 2008-12-02 2010-10-06 パナソニック株式会社 Fuel cell
JPWO2010064366A1 (en) * 2008-12-02 2012-05-10 パナソニック株式会社 Fuel cell
US9153825B2 (en) 2008-12-02 2015-10-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell
US9692063B2 (en) 2009-01-22 2017-06-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell separator and fuel cell
DE112009004263B4 (en) 2009-01-22 2021-11-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell separator and fuel cell
KR101399664B1 (en) 2012-05-16 2014-05-27 고려대학교 산학협력단 Separator of Fuel Cell
JP2017501554A (en) * 2014-01-07 2017-01-12 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Flow guide plate for fuel cell
JP2017502473A (en) * 2014-01-07 2017-01-19 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Flow guide plate for fuel cell
US10218025B2 (en) 2014-01-07 2019-02-26 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Flow-guiding plate for a fuel cell
JP2017143051A (en) * 2016-02-12 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel battery

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