JP2005100753A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質の両側にアノード側電極とカソード側電極とが設けられた電解質・電極構造体と、前記電解質・電極構造体を挟持する矩形状の第1及び第2セパレータとを備える燃料電池に関する。 The present invention provides a fuel cell comprising an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and rectangular first and second separators sandwiching the electrolyte / electrode structure. About.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). By sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure having an anode-side electrode and a cathode-side electrode in which a noble metal-based electrode catalyst layer is bonded to a substrate mainly composed of carbon, on both sides of the electrolyte membrane, by a separator A fuel cell is configured.
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。 In this type of fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized by hydrogen on the electrode catalyst, via an electrolyte. It moves to the cathode side electrode side. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen reacts to produce water.
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。そして、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路は、一般的にセパレータの積層方向に貫通する流路入口から流路出口に向かって前記セパレータの面内に沿って移動するように構成されている。 In the above fuel cell, in the plane of the separator, a fuel gas channel for flowing fuel gas facing the anode side electrode, and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas facing the cathode side electrode And are provided. Further, between the separators, a coolant flow path for allowing a coolant to flow as needed is provided along the surface direction of the separator. The fuel gas flow path, the oxidant gas flow path, and the cooling medium flow path generally move along the plane of the separator from the flow path inlet penetrating in the stacking direction of the separator toward the flow path outlet. It is configured.
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池用セパレータでは、図9に示すように、セパレータ板1を備えている。このセパレータ板1は、エンボス加工乃至ディンプル加工が容易な金属材料で構成されており、その表裏両面には、数mm間隔で多数の突起2、3がエンボス加工乃至ディンプル加工により形成されている。
For example, the fuel cell separator disclosed in Patent Document 1 includes a separator plate 1 as shown in FIG. The separator plate 1 is made of a metal material that can be easily embossed or dimpled. A large number of
セパレータ板1の両側縁部には、例えば、燃料ガス入口4a及び燃料ガス出口4bが設けられるとともに、前記セパレータ板1の上下両端縁部には、例えば、酸化剤ガス入口5a及び酸化剤ガス出口5bが設けられている。
For example, a
突起2は、セパレータ板1の一方の面1a側に突出しており、前記突起2間には、燃料ガス入口4aと燃料ガス出口4bとに連通する燃料ガス流路6が形成されている。突起3は、セパレータ板1の他方の面1b側に突出しており、前記突起3間には、酸化剤ガス入口5aと酸化剤ガス出口5bとに連通する酸化剤ガス流路7が形成されている。
The protrusion 2 protrudes toward the one surface 1a side of the separator plate 1, and a fuel gas passage 6 communicating with the
このような構成において、例えば、燃料ガス入口4aに供給された燃料ガスは、セパレータ板1の一方の面1aに供給されると、突起2間に連続して形成されている燃料ガス流路6を通って図示しない電極に供給されるとともに、未使用の燃料ガスが燃料ガス出口4bに排出される。
In such a configuration, for example, when the fuel gas supplied to the
一方、酸化剤ガス入口5aに供給された酸化剤ガスは、セパレータ板1の他方の面1bに突起3間に連続して形成されている酸化剤ガス流路7を介し、図示しない電極に供給されるとともに、未使用の酸化剤ガスが酸化剤ガス出口5bに排出される。
On the other hand, the oxidant gas supplied to the
ところが、セパレータ板1では、酸化剤ガス出口5bを下にして立位姿勢で使用される際、特に一方の面1a内の上部側には、燃料ガス出口4bに近接して燃料ガスが供給され難い領域Sが発生してしまう。燃料ガスの流量は、酸化剤ガスの流量に比べて相当に小さいからである。これにより、電極面の隅部に燃料ガスが十分に供給されず、発電不良が惹起されて前記電極面内での発電が不均一になるという問題がある。
However, when the separator plate 1 is used in an upright position with the
しかも、領域Sでは、燃料ガスの流速が大幅に遅くなってしまうため、結露した水が滞留し易くなる。このため、この領域Sでは、さらに発電し難くなるという問題がある。 In addition, in the region S, the flow rate of the fuel gas is significantly reduced, so that the condensed water tends to stay. For this reason, in this area | region S, there exists a problem that it becomes difficult to generate electric power further.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、セパレータの面内に沿って反応ガスを円滑且つ均一に供給することができ、発電面内の発電効率を向上させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and with a simple configuration, the reaction gas can be supplied smoothly and uniformly along the surface of the separator, and the power generation efficiency in the power generation surface can be improved. An object is to provide a possible fuel cell.
本発明の燃料電池では、電解質の両側にアノード側電極とカソード側電極とが設けられた電解質・電極構造体と、前記電解質・電極構造体を挟持する第1及び第2セパレータとを備え、前記アノード側電極と前記第1セパレータとの間には、電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されるとともに、前記カソード側電極と前記第2セパレータとの間には、電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されている。 The fuel cell of the present invention comprises an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and first and second separators sandwiching the electrolyte / electrode structure, Between the anode side electrode and the first separator, a fuel gas flow path for supplying fuel gas is formed along the electrode surface, and between the cathode side electrode and the second separator, an electrode An oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas along the surface is formed.
そして、燃料ガス流路は、第1セパレータの面内に沿って延在する少なくとも2系統の略U字状流路を構成する一方、酸化剤ガス流路は、第2セパレータの面内に沿って延在する略直線状流路を構成している。 The fuel gas flow path constitutes at least two substantially U-shaped flow paths extending along the plane of the first separator, while the oxidant gas flow path extends along the plane of the second separator. And constitutes a substantially straight flow path extending.
また、第1セパレータは、矩形状に構成されるとともに、互いに対向する第1の辺と第2の辺とに、それぞれ燃料ガス入口及び燃料ガス出口が形成されることにより、前記第1セパレータの面内には、互いに対向する2系統の略U字状流路が設けられることが好ましい。 In addition, the first separator is configured in a rectangular shape, and a fuel gas inlet and a fuel gas outlet are formed on the first side and the second side facing each other. It is preferable that two substantially U-shaped flow paths facing each other are provided in the plane.
さらに、第2セパレータは、矩形状に構成されるとともに、第1及び第2の辺に交差する第3の辺には、酸化剤ガス入口が形成され、さらに該第3の辺に対向する第4の辺には、酸化剤ガス出口が形成されており、酸化剤ガス流路は、前記酸化剤ガス入口と前記酸化剤ガス出口とを連通し且つ略U字状流路と略対向流に構成されることが好ましい。 Further, the second separator is formed in a rectangular shape, and an oxidant gas inlet is formed on the third side intersecting the first and second sides, and the second separator is opposed to the third side. 4 is formed with an oxidant gas outlet, and the oxidant gas flow path communicates the oxidant gas inlet and the oxidant gas outlet and is in a substantially opposite flow to the substantially U-shaped flow path. Preferably, it is configured.
さらにまた、第1及び第2セパレータは、金属セパレータで構成されるとともに、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、少なくとも一部が複数の突起部により形成されることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the first and second separators are constituted by metal separators, and at least a part of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is formed by a plurality of protrusions.
本発明によれば、燃料ガス流路が、第1セパレータの面内に沿って延在する少なくとも2系統の略U字状流路を構成するため、電極面の隅部にも燃料ガスを確実に供給することができる。これにより、電極面の隅部に燃料ガスの供給不足が発生することがなく、発電不良が阻止されて前記電極面内での発電分布が容易に均一化される。 According to the present invention, since the fuel gas flow path constitutes at least two substantially U-shaped flow paths extending along the plane of the first separator, the fuel gas can be reliably supplied to the corners of the electrode surface. Can be supplied to. Thereby, insufficient supply of fuel gas does not occur at the corners of the electrode surface, power generation failure is prevented, and power generation distribution within the electrode surface is easily uniformized.
しかも、電極面の隅部では、燃料ガスの流速が遅くなることがなく、結露水の排水性が良好に向上する。さらに、燃料ガス入口及び燃料ガス出口において、燃料ガスの流量及び流速が均一化されるため、電解質・電極構造体の耐久性が向上するとともに、圧損の低減も図られる。 Moreover, at the corners of the electrode surface, the flow rate of the fuel gas does not become slow, and the drainage of the condensed water is improved satisfactorily. Furthermore, since the flow rate and flow rate of the fuel gas are made uniform at the fuel gas inlet and the fuel gas outlet, the durability of the electrolyte / electrode structure is improved and the pressure loss is reduced.
一方、酸化剤ガス流路は、第2セパレータの面内に沿って延在する略直線状流路を構成しており、燃料ガスに比べて流量の大きな酸化剤ガスは、電極面内に均一に供給される。従って、簡単な構成で、電極面内での発電分布が均一化されるとともに、結露水の排水が円滑に遂行可能になる。 On the other hand, the oxidant gas flow path constitutes a substantially linear flow path extending along the plane of the second separator, and the oxidant gas having a flow rate larger than that of the fuel gas is uniform in the electrode plane. To be supplied. Therefore, with a simple configuration, the power generation distribution in the electrode surface is made uniform, and the drainage of condensed water can be performed smoothly.
また、互いに対向する2系統の略U字状流路が設けられることにより、電極面の隅部における燃料ガスの供給不足が可及的に阻止され、前記電極面内にわたって前記燃料ガスを円滑且つ均一に供給することができる。 Further, by providing two substantially U-shaped flow paths facing each other, insufficient supply of fuel gas at the corners of the electrode surface is prevented as much as possible, and the fuel gas is smoothly and smoothly distributed within the electrode surface. It can be supplied uniformly.
さらに、燃料ガス流路を構成する略U字状流路と、酸化剤ガス流路とが、略対向流を構成することにより、前記酸化剤ガス流路の生成水が前記燃料ガス流路に有効に拡散する。特に、酸化剤ガス出口側の酸化剤ガス流路に向かって増加する生成水は、電解質膜を介してアノード電極側に逆拡散することにより、燃料ガスを加湿する。このため、燃料電池は、無過失乃至低加湿の運転が容易に遂行される。 Further, the substantially U-shaped flow path that constitutes the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path constitute a substantially counter flow, so that the generated water of the oxidant gas flow path is transferred to the fuel gas flow path. Spread effectively. In particular, the generated water that increases toward the oxidant gas flow path on the oxidant gas outlet side is back-diffused to the anode electrode side through the electrolyte membrane, thereby humidifying the fuel gas. For this reason, the fuel cell can be easily operated without error or with low humidification.
さらにまた、第1及び第2セパレータには、エンボス乃至ディンプル加工によって複数の突起部が形成されるため、簡単な構成で、所望の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路、さらには冷却媒体流路が容易に形成される。 Furthermore, since the first and second separators are formed with a plurality of protrusions by embossing or dimple processing, the desired fuel gas flow path and oxidant gas flow path, as well as the cooling medium flow, can be formed with a simple configuration. A path is easily formed.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視図であり、図2は、前記燃料電池10の一部断面説明図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a
図1に示すように、燃料電池10は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持する矩形状の第1及び第2金属セパレータ14、16とを備え、これらが矢印A方向に積層される。第1及び第2金属セパレータ14、16は、金属製薄板により構成されている。電解質膜・電極構造体12と第1及び第2金属セパレータ14、16とは、略正方形に構成される。
As shown in FIG. 1, a
燃料電池10は、全体として矩形状に構成されており、上下方向(矢印C方向)に離間して互いに対向する第1及び第2の辺18a、18bと、左右方向(矢印B方向)に離間して互いに対向する第3及び第4の辺18c、18dとを有する。
The
燃料電池10の第1の辺18aには、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための第1燃料ガス入口20aと、前記燃料ガスを排出するための第1燃料ガス出口20bと、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口22bとが設けられる。燃料電池10の第2の辺18bには、同様に矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための第2燃料ガス入口24aと、前記燃料ガスを排出するための第2燃料ガス出口24bと、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口22aとが設けられる。
The
燃料電池10の第3の辺18cには、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための第1及び第2酸化剤ガス入口26a、28aが設けられる。燃料電池10の第3の辺18cには、同様に矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための第1及び第2酸化剤ガス出口26b、28bが設けられる。
The
電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜(電解質)30と、前記固体高分子電解質膜30を挟持するアノード側電極32及びカソード側電極34とを備える。
The electrolyte membrane /
アノード側電極32及びカソード側電極34は、矩形状に構成されており、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜30の両面に接合されている。
The
図1及び図3に示すように、第1金属セパレータ14には、アノード側電極32の電極面に対応する範囲にエンボス加工乃至ディンプル加工を介し、電解質膜・電極構造体12に向かう面14a及び該面14aとは反対の面14bに交互に突出して複数の突起部36a、36bが設けられる。突起部36aとアノード側電極32との間には、燃料ガス流路38が設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
この燃料ガス流路38は、第1燃料ガス入口20a及び第1燃料ガス出口20bに連通する第1の略U字状流路38aと、第2燃料ガス入口24a及び第2燃料ガス出口24bに連通する第2の略U字状流路38bとの2系統の流路を構成する。
The fuel
図1及び図4に示すように、第2金属セパレータ16には、カソード側電極34の電極面に対応する範囲にエンボス加工乃至ディンプル加工を介し、電解質膜・電極構造体12に向かう面16a及び該面16aとは反対の面16bに交互に突出して複数の突起部40a、40bが設けられる。突起部40aとカソード側電極34との間には、酸化剤ガス流路42が設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
この酸化剤ガス流路42は、第1及び第2酸化剤ガス入口26a、28aと第1及び第2酸化剤ガス出口26b、28bとに連通し、矢印C方向に延在する略直線状流路42aを構成する。この略直線状流路42aは、第1及び第2の略U字状流路38a、38bと略対向流に構成される。
The oxidant
第2金属セパレータ16の面16bには、突起部36b、40bを介して冷却媒体入口22aと冷却媒体出口22bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。この冷却媒体流路44は、冷却媒体を下方から上方に向かって流すように構成されているが、前記冷却媒体を上方から下方に向かって流してもよい。
A cooling
第1金属セパレータ14の面14a、14bには、この第1金属セパレータ14の外周端部を周回して第1シール部材46が一体成形される。第1シール部材46は、面14aで第1及び第2燃料ガス入口20a、24aと、第1及び第2燃料ガス出口20b、24bと、燃料ガス流路38とを囲繞してこれらを連通させる一方、面14bで冷却媒体入口22aと、冷却媒体出口22bと、冷却媒体流路44とを囲繞してこれらを連通させる。
A
第2金属セパレータ16の面16a、16bには、この第2金属セパレータ16の外周端部を周回して第2シール部材48が一体成形される。第2シール部材48は、面16aで第1及び第2酸化剤ガス入口26a、28aと、第1及び第2酸化剤ガス出口26b、28bと、酸化剤ガス流路42とを囲繞してこれらを連通させる一方、面16bで冷却媒体入口22aと、冷却媒体出口22bと、冷却媒体流路44とを囲繞してこれらを連通させる。
A
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、燃料電池10内には、水素含有ガス等の燃料ガスと、酸素含有ガスである空気等の酸化剤ガスと、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体とが供給される。このため、矢印A方向に連通している第1及び第2燃料ガス入口20a、24aに供給された燃料ガスは、図1及び図3に示すように、前記第1燃料ガス入口20aから第1金属セパレータ14の燃料ガス流路38に導入されるとともに、前記第2燃料ガス入口24aから前記燃料ガス流路38に導入される。
As shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas, an oxidant gas such as air that is an oxygen-containing gas, and a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil are supplied into the
このため、燃料ガス流路38では、第1燃料ガス入口20aから供給された燃料ガスが、第1の略U字状流路38aを通って第1燃料ガス出口20bに排出されるとともに、第2燃料ガス入口24aから供給された燃料ガスが、第2の略U字状流路38bを通って第2燃料ガス出口24bに排出される。従って、燃料ガスは、電解質膜・電極構造体12を構成するアノード側電極32に沿って移動する。
For this reason, in the fuel
一方、第1及び第2酸化剤ガス入口26a、28aに供給された酸化剤ガスは、図1及び図4に示すように、第2金属セパレータ16に設けられている酸化剤ガス流路42に導入される。この酸化剤ガスは、矢印C方向(図1参照)に略直線的に延在する略直線状流路42aを通って第1及び第2酸化剤ガス出口26b、28bに排出される。これにより、酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体12を構成するカソード側電極34に沿って移動する。
On the other hand, the oxidant gas supplied to the first and second
従って、電解質膜・電極構造体12では、アノード側電極32に供給される燃料ガスと、カソード側電極34に供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる(図2参照)。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、アノード側電極32に供給されて消費された燃料ガスは、第1及び第2燃料ガス出口20b、24bに排出される(図3参照)。同様に、カソード側電極34に供給されて消費された酸化剤ガスは、第1及び第2酸化剤ガス出口26b、28bに排出される(図4参照)。
Next, the consumed fuel gas supplied to the
また、冷却媒体入口22aに供給された冷却媒体は、第1及び第2金属セパレータ14、16間に形成される冷却媒体流路44に導入される。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12を冷却した後、冷却媒体出口22bに排出される(図1参照)。
The cooling medium supplied to the cooling
この場合、第1の実施形態では、図1及び図3に示すように、燃料ガス流路38が、第1金属セパレータ14の面14a内に沿って延在する2系統の第1及び第2の略U字状流路38a、38bを構成している。このため、アノード側電極32の矩形状電極面の隅部にも、燃料ガスを確実に供給することができる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the two systems of the first and second systems in which the fuel
これにより、アノード側電極32では、電極面の隅部に燃料ガスの供給不足が発生することがなく、前記電極面内にわたって前記燃料ガスを円滑且つ均一に供給することが可能になる。従って、燃料電池10は、発電不良が阻止されて電極面内での発電分布が容易に均一化されるという効果が得られる。
Thereby, in the
しかも、電極面の隅部では、燃料ガスの流速が遅くなることがなく、結露水の排水性が良好に向上する。さらに、第1及び第2燃料ガス入口20a、24aと第1及び第2燃料ガス出口20b、24bとにおいて、燃料ガスの流量及び流速が均一化されるため、電解質膜・電極構造体12の耐久性が向上するとともに、圧損の低減も図られる。
Moreover, at the corners of the electrode surface, the flow rate of the fuel gas does not become slow, and the drainage of the condensed water is improved satisfactorily. Further, since the flow rate and flow velocity of the fuel gas are made uniform at the first and second
一方、酸化剤ガス流路42は、図4に示すように、第2金属セパレータ16の面16a内に沿って延在する略直線状流路42aを構成しており、燃料ガスに比べて流量の大きな酸化剤ガスは、カソード側電極34の電極面内に均一に供給される。従って、簡単な構成で、電極面内での発電分布が均一化されるとともに、結露水の排水が円滑に遂行可能になる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the oxidant
さらに、燃料ガス流路38を構成する第1及び第2の略U字状流路38a、38bと、酸化剤ガス流路42を構成する略直線状流路42aとは、略対向流を構成している。このため、酸化剤ガス流路42で生成された生成水は、燃料ガス流路38に有効に拡散し、燃料電池10を無過失乃至低加湿で容易に運転することができるという利点がある。
Further, the first and second substantially
さらにまた、第1及び第2金属セパレータ14、16には、エンボス乃至ディンプル加工によって複数の突起部36a、36b、40a及び40bが形成されている。これにより、簡単な構成で、所望の燃料ガス流路38及び酸化剤ガス流路42、さらには冷却媒体流路44が容易に形成される。
Furthermore, the first and
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池60の要部分解斜視図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is an exploded perspective view of a main part of a
燃料電池60は、電解質膜・電極構造体12を挟持する矩形状の第1及び第2金属セパレータ62、64を備える。図5及び図6に示すように、第1金属セパレータ62には、第1及び第2燃料ガス入口20a、24a間と、第1及び第2燃料ガス出口20b、24b間とにわたって、それぞれ複数の突起部66a、66bが逆方向に突出して交互に設けられる。矢印C方向に離間する突起部66a、66a間(距離Hの範囲内)には、矢印C方向に延在する複数の波状流路68が形成される。
The
突起部66a及び波状流路68とアノード側電極32との間には、燃料ガス流路70が設けられる。この燃料ガス流路70は、第1燃料ガス入口20a及び第1燃料ガス出口20bに連通する第1の略U字状流路70aと、第2燃料ガス入口24a及び第2燃料ガス出口24bに連通する第2の略U字状流路70bとの2系統の流路を構成する。
A
図5及び図7に示すように、第2金属セパレータ64には、第1及び第2燃料ガス入口20a、24a間と、第1及び第2燃料ガス出口20b、24b間とにわたって、それぞれ複数の突起部72a、72bが逆方向に突出して交互に設けられる。矢印C方向に離間する突起部72a、72a間(距離Hの範囲内)には、矢印C方向に延在する複数の波状流路74が形成される。
As shown in FIGS. 5 and 7, the
第2金属セパレータ64の面64aには、突起部72a及び波状流路74とカソード側電極34との間に位置して、矢印C方向に略直線状に延在する酸化剤ガス流路76が設けられる。この酸化剤ガス流路76は、第1及び第2の略U字状流路70a、70bと略対向流に構成される。
On the
第2金属セパレータ64の面64bには、突起部66b、72bを介して冷却媒体入口22aと冷却媒体出口22bとを連通する冷却媒体流路78が形成される。この冷却媒体流路78は、図8に示すように、第1及び第2金属セパレータ62、64の波状流路68、74の間隙を繋いで形成されている。
A cooling
このように構成される第2の実施形態では、アノード側電極32及びカソード側電極34の各電極面の隅部にも、燃料ガス及び酸化剤ガスを確実に供給することができ、前記電極面内での発電分布が容易に均一化される等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、燃料ガス流路70及び酸化剤ガス流路76は、波状流路68、74を有しており、この波状流路68、74に沿って燃料ガス及び酸化剤ガスを一層円滑且つ確実に流すことができ、発電効率の向上が容易に図られる。
In the second embodiment configured as described above, the fuel gas and the oxidant gas can be reliably supplied also to the corners of the electrode surfaces of the
なお、第1及び第2の実施形態では、燃料ガス流路38は、2系統の第1及び第2の略U字状流路38a、38bを構成するとともに、燃料ガス流路70は、2系統の第1及び第2の略U字状流路70a、70bを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、それぞれ3系統以上の略U字状流路を構成する燃料ガス流路(図示せず)を用いてもよい。また、アノード側電極32及びカソード側電極34は、矩形状に限定されるものではなく、多角形状等、種々の形状に構成することができる。
In the first and second embodiments, the fuel
10、60…燃料電池 12…電解質膜・電極構造体
14、16、62、64…金属セパレータ 18a〜18d…辺
20a、24a…燃料ガス入口 20b、24b…燃料ガス出口
22a…冷却媒体入口 22b…冷却媒体出口
26a、28a…酸化剤ガス入口 26b、28b…酸化剤ガス出口
30…固体高分子電解質膜 32…アノード側電極
34…カソード側電極
36a、36b、40a、40b、66a、66b、72a、72b…突起部
38、70…燃料ガス流路
38a、38b、70a、70b…略U字状流路
42、76…酸化剤ガス流路 42a…略直線状流路
44…冷却媒体流路 74…波状流路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料ガス流路は、前記第1セパレータの面内に沿って延在する少なくとも2系統の略U字状流路を構成する一方、
前記酸化剤ガス流路は、前記第2セパレータの面内に沿って延在する略直線状流路を構成することを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and first and second separators sandwiching the electrolyte / electrode structure, the anode side electrode and the first electrode A fuel gas passage for supplying fuel gas along the electrode surface is formed between the separator and an oxidant gas along the electrode surface between the cathode-side electrode and the second separator. A fuel cell in which an oxidant gas flow path is formed,
The fuel gas flow path constitutes at least two substantially U-shaped flow paths extending along the plane of the first separator,
The fuel cell according to claim 1, wherein the oxidant gas flow path constitutes a substantially straight flow path extending along a plane of the second separator.
互いに対向する第1の辺と第2の辺とに、それぞれ燃料ガス入口及び燃料ガス出口が形成されることにより、前記第1セパレータの面内には、互いに対向する2系統の前記略U字状流路が設けられることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the first separator is configured in a rectangular shape,
A fuel gas inlet and a fuel gas outlet are formed on the first side and the second side facing each other, respectively, so that two substantially U-shaped parts facing each other are provided in the plane of the first separator. A fuel cell, characterized in that a flow path is provided.
前記第1及び第2の辺に交差する第3の辺には、酸化剤ガス入口が形成され、さらに該第3の辺に対向する第4の辺には、酸化剤ガス出口が形成されており、
前記酸化剤ガス流路は、前記酸化剤ガス入口と前記酸化剤ガス出口とを連通し且つ前記略U字状流路と略対向流に構成されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein the second separator is configured in a rectangular shape,
An oxidant gas inlet is formed on the third side that intersects the first and second sides, and an oxidant gas outlet is formed on the fourth side opposite to the third side. And
The fuel cell according to claim 1, wherein the oxidant gas flow path is configured to communicate with the oxidant gas inlet and the oxidant gas outlet and to be substantially opposite to the substantially U-shaped flow path.
前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路は、少なくとも一部が複数の突起部により形成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second separators are constituted by metal separators,
At least a part of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is formed by a plurality of protrusions.
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