JP2005158435A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。特に、多孔質セパレータを用いた固体高分子型燃料電池における、ガスの加湿や凝縮水の吸水を効果的に行う水マネジメントのための構成に関する。 The present invention relates to a fuel cell. In particular, the present invention relates to a structure for water management that effectively humidifies gas and absorbs condensed water in a polymer electrolyte fuel cell using a porous separator.
多孔質セパレータを使用する燃料電池は、予め水を保持したプレートにより反応ガスを遮断しつつ、セル内に導入された反応ガスを加湿する機能を有する。また、電気化学反応で発生した水、特に凝縮水を、プレート内部に吸収することでフラッディング現象を抑制させる機能を有する。そのため、セル外部からの加湿の必要が極めて少なくて済み、また、安定した発電を行う燃料電池の実現が可能となる。 A fuel cell using a porous separator has a function of humidifying a reaction gas introduced into the cell while blocking the reaction gas with a plate previously holding water. Further, it has a function of suppressing flooding phenomenon by absorbing water generated by an electrochemical reaction, particularly condensed water, into the plate. Therefore, the need for humidification from the outside of the cell is extremely small, and a fuel cell that performs stable power generation can be realized.
多孔質セパレータの内部に保持された水によってプレート両面の媒体を遮断するため、電池の作動時には常にプレート内に水が保持される必要があり、プレート表裏に発生する差圧に対して、多孔質体内にある水の表面張力が上回るような細孔制御が必要になる。そこで、電池作動時の温度、プレート表裏に発生する差圧、多孔質体内の細孔径および水の接触角などにより適当な条件を設定することにより、水シールを実現している(例えば、特許文献1、参照。)。
一方で、燃料電池の発電作動時には、比較的乾燥した反応ガスが反応ガス流路に供給され、特にガス入口においては多孔質プレートの表面から多くの水が蒸発する。よって、ガス入口から一定の範囲では、気液界面がプレート表面から内部へと入り込んだ状態で平衡状態に達する。 On the other hand, during the power generation operation of the fuel cell, a relatively dry reaction gas is supplied to the reaction gas flow path, and a large amount of water evaporates from the surface of the porous plate, particularly at the gas inlet. Therefore, in a certain range from the gas inlet, the equilibrium state is reached with the gas-liquid interface entering from the plate surface to the inside.
特に、燃料電池スタックの容積を低減するためにセパレータの厚さを薄くした場合には、前述した水シールを発現するプレートの部位がより小さくなるため、電池の作動状態の変化や衝撃等により水シールが破られて、ガスのリークが発生する可能性がある。 In particular, when the thickness of the separator is reduced in order to reduce the volume of the fuel cell stack, the portion of the plate that expresses the water seal described above becomes smaller. The seal may be broken and a gas leak may occur.
また、多孔質セパレータでは、多孔質体内にある水の表面張力が上回るような細孔制御を行うため、均一な細孔であることが望ましいが、実際は、細孔径が異なるものが存在する場合もある。そのため、その部分からガスのリークが発生することが考えられ、また多孔質セパレータが薄いほど、細孔径の異なるものの存在によるリークの可能性が高くなる。 In addition, since the porous separator controls the pores so that the surface tension of water in the porous body exceeds the surface tension, it is desirable to have uniform pores. is there. Therefore, it is conceivable that gas leaks from that portion, and the thinner the porous separator, the higher the possibility of leakage due to the presence of different pore diameters.
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、多孔質セパレータのシール信頼性を向上することができる燃料電池を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can improve the sealing reliability of a porous separator.
本発明は、電解質膜と一対の電極とからなる発電層を狭持する面に反応ガス流路を、その裏面に純水流路を有する多孔質セパレータを備え、さらに、前記反応ガス流路底面から前記純水流路底面までのセパレータ厚を、前記反応ガス流路の上流領域において他の部分より厚くする。 The present invention comprises a porous separator having a reactive gas flow path on a surface sandwiching a power generation layer composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes, and a pure water flow path on the back surface thereof, and further from the bottom surface of the reactive gas flow path. The separator thickness up to the bottom surface of the pure water channel is made thicker than other parts in the upstream region of the reaction gas channel.
このように、反応ガス流路底面から純水流路底面までのセパレータ厚を、反応ガス流路の上流領域において他の部分より厚くすることで、蒸発現象により気液界面がプレート内に移動しやすい上流領域で、水シールを発現する部位を多く残すことができるので、信頼性を向上することができる。 In this way, by making the separator thickness from the bottom of the reaction gas flow path to the bottom of the pure water flow path thicker than other parts in the upstream region of the reaction gas flow path, the gas-liquid interface easily moves into the plate due to the evaporation phenomenon. In the upstream region, many portions that exhibit a water seal can be left, so that reliability can be improved.
第1の実施形態について説明する。燃料電池を構成する単位セル100の構成を図1に示す。なお、燃料電池は、一つの単位セル100から構成してもよいし、複数の単位セル100を積層することにより形成したスタックにより構成してもよい。
A first embodiment will be described. The structure of the
電解質膜、触媒層およびガス拡散層からなる電極を一体に構成した膜電極接合体(MEA)3を用いる。MEA3の一方の側の面には、MEA3との間にアノードガス流路5を有するアノードセパレータ1を備える。また、MEA3のもう一方の側の面には、MEA3との間にカソードガス流路6を有するカソードセパレータ2を備える。ここでは、アノードガス流路5、カソードガス流路6を、アノードセパレータ1およびカソードセパレータ2のMEA3に接触するそれぞれの面1a、2aに形成した溝により構成する。
A membrane electrode assembly (MEA) 3 in which an electrode composed of an electrolyte membrane, a catalyst layer, and a gas diffusion layer is integrally formed is used. An
また、アノードセパレータ1およびカソードセパレータ2を、それぞれ多孔質材により構成する。例えば、アノードセパレータ1、カソードセパレータ2を構成する多孔質プレートとして、樹脂とカーボン粉末が主成分の複合材を、成形・焼成したものを用いる。アノードセパレータ1、カソードセパレータ2は必ずしも両方多孔質である必要は無く、一方を緻密材により構成してもよい。この場合には、後述する純水流路7は、多孔質材により形成したセパレータに対してのみ形成する。また、セパレータを構成する緻密材としては、例えば、グラファイトに樹脂を含浸させて気密性を向上させたものを用いる。
The
さらに、アノードセパレータ1のアノードガス流路5を形成した面1aの裏面1bに、純水流路7を構成する。同様に、カソードセパレータ2のカソードガス流路6を形成した面2aの裏面2bに、純水流路7を構成する。ここでは、純水流路7を、それぞれアノードセパレータ1、カソードセパレータ2の裏面1b、2bに形成した溝70により構成する。
Further, a
この純水流路7にそれぞれ純水を流通させることにより、多孔質基材により構成されたアノードセパレータ1、カソードセパレータ2に純水が含有され、アノードガス流路5、カソードガス流路6を流通する反応ガスがシールされる。また、純水流路7から、アノードセパレータ1、カソードセパレータ2を介して、アノードガス流路5、カソードガス流路6表面に移動した純水により、反応ガスの加湿が行われる。さらに、MEA3、またはアノードガス流路5、カソードガス流路6で生じた凝縮水が、アノードセパレータ5、カソードセパレータ6に吸水され、純水流路7に回収されるので、MEA3、アノードガス流路5、カソードガス流路6で生じるフラディングが抑制される。
By allowing pure water to flow through the pure
また、アノードセパレータ1、カソードセパレータ2に隣接する冷却プレート4を備える。図1には一つの単位セル100を示しているため、冷却プレート4はカソードセパレータ2のみに接しているが、複数の単位セル100を積層することにより、アノードセパレータ1の裏面1bに隣接して冷却プレート4が配置される。冷却プレート4により、単位セル100の冷却を行う冷媒の流通路を構成する。ここでは冷却プレート4を緻密材の二枚のプレート4a、4bにより構成し、冷却プレート4a、4b間に冷媒の流通路であるLLC流路8を構成する。例えば、カソードセパレータ2に隣接する冷却プレート4aの、カソードセパレータ2との接触面とは反対側の面に溝を設け、アノードセパレータ1に隣接する冷却プレート4bによって蓋をすることにより、LLC流路8を構成する。なお、冷媒としてはLLCを用いる。これにより、例えば燃料電池を車両等の移動体に搭載した場合にも、環境温度に係らず燃料電池の温度を調整する冷媒を流通させることができる。なお、冷却プレート4としては、例えば、長期の耐LLC性に優れ、燃料電池運転条件下でもの問題のないガラス状カーボンを使用する。
A
アノードセパレータ1に隣接して緻密質材により構成した冷却プレート4を配置することにより、アノードセパレータ1の裏面1bに形成した純水流路7に蓋をする。同様に、カソードセパレータ2に隣接して緻密質材により構成した冷却プレート4を配置することにより、カソードセパレータ2の裏面2bに形成した純水流路7に蓋をする。つまり、純水流路7を通って単位セル100に供給される純水は、隣接する単位セル100間を移動することはなく、単位セル100内のみを移動する。
By disposing the
さらに、積層面の外縁に沿ってアノードセパレータ1、カソードセパレータ2間に図示しないガスケットを備え、単位セル100に供給された反応ガスを各電極内にシールする。
Further, a gasket (not shown) is provided between the
次に、アノードセパレータ1の構成について詳しく説明する。アノードセパレータ1の積層面の構成を図2に示す。図2(a)には、MEA3に接する面1aの平面図を、図2(b)には、その裏面1bの平面図を示す。
Next, the configuration of the
図2(a)に示すように、MEA3に対峙する面には、燃料ガス、例えば水素ガスを流通するアノードガス流路5を構成する。ここでは、表面1aに複数の並列した折り返し形状の溝を設けることによりアノードガス流路5を構成する。なお、アノードガス流路5は、ストレート形状、蛇行形状、インターディジデント(櫛型)形状等、様々な形状とすることができる。
As shown in FIG. 2A, an anode
また、燃料電池を積層方向に貫通し、各単位セル100内ではアノードガス流路5の入口側に連通する水素ガス入口マニホールド21と、アノードガス流路5の出口に連通する水素ガス出口マニホールド22を備える。水素ガス入口マニホールド21を積層方向に流通する水素ガスが、各単位セル100のアノードガス流路5に分配され、反応領域において発電反応に用いられた後、水素ガス出口マニホールド22を通って回収される。
Further, a hydrogen
さらに、図1に示したカソードセパレータ2に構成したカソードガス流路6に流通する酸化剤ガス、例えば空気を流通する空気入口マニホールド23、カソードガス流路6から空気を回収する空気出口マニホールド24を備える。空気入口マニホールド23、空気出口マニホールド24は、ともに燃料電池を積層方向に貫通し、カソードガス流路6に連通する。
Further, an oxidant gas that circulates in the cathode gas passage 6 configured in the
アノードセパレータ1のMEA3に対峙する面1aの裏面1bには、図2(b)に示すように純水流路7を備える。純水流路7は、アノードセパレータ1の裏面1bに形成した溝70により構成する。純水流路7を複数の並列した流路により構成する。ここでは、反応領域に沿ってストレート形状に構成された流路により純水流路7を構成するが、この限りではない。例えば、折り返し形状、蛇行形状等としてもよい。また、純水流路7を、アノードガス流路5と略平行に構成するが、この限りではない。
A pure
また、燃料電池を積層方向に貫通し、純水流路7の入口側に連通する純水入口マニホールド26と、純水入口マニホールド26から複数の並列する純水流路7に純水を分配する分配部27を備える。さらに、燃料電池を積層方向に貫通し、純水流路7の出口側に連通する純水出口マニホールド25と、各純水流路7から純水を回収し、純水出口マニホールド25に排出する回収部28を備える。
Further, a pure
純水は、純水入口マニホールド26を通って各単位セル100に導入され、分配部27において各純水流路7に分配される。純水流路7を流通する際に、流通する純水の一部がアノードセパレータ1内に浸透し、また、一部の純水がアノードセパレータ1から回収される。純水流路7を流通した純水は、回収部28を介して純水出口マニホールド25に集められ、燃料電池から排出される。
Pure water is introduced into each
次に、アノードセパレータ1に構成する純水流路7の形状の詳細を、図3を用いて説明する。図3(a)には、図2(b)と同様に、アノードセパレータ1の裏面1bの平面図を、図3(b)には、アノードセパレータ1のA−A断面を示す。なお、図3(a)に示す領域Bは、反対側の面1aに形成するアノードガス流路5の上流領域に重なる領域、領域Cはアノードガス流路5の下流領域に重なる領域である。ここでは、領域Bを、アノードガス流路5の入口から折り返し部までに重なる領域、領域Cをアノードガス流路5の折り返し部分から出口までに重なる領域としているがこの限りではない。
Next, the detail of the shape of the pure
アノードガス流路5の上流領域に重なる領域Bに構成する純水流路7の深さHbを、下流領域に重なる領域Cに重なる領域に構成する純水流路7の深さHcより小さくした。ここでは、例えば領域Bにおける純水流路7の深さHbを、領域Cにおける純水流路7の深さHcの約半分とする。これにより、領域Bにおけるアノードセパレータ1を構成するプレートの薄肉部の厚さhbが、領域Cにおける厚さhcより大きく設定される。
The depth Hb of the
純水流路7の深さの変更は、流路断面積の減少による純水循環の圧損変化や、必要供給量などにも依存する。これに加えて、アノードセパレータ1を構成する多孔質プレート内に存在する細孔の平均半径、すなわち電池運転条件下で水シールを発現するサイズの細孔が、純水流路7の底面とアノードガス流路5の底面間のプレートの薄肉部に確率的に少なくとも一つ含まれるように設定する。これにより、水素ガス入口マニホールド21から導入された水素ガスにより、多孔質プレート内で水の蒸発が起こり、気液界面の移動が生じた際にも、アノードガス流路5側と純水流路7側の差圧に耐え得る水シールの信頼性を向上することができる。
The change of the depth of the pure
なお、本実施形態では、純水流路7の深さを、アノードガス流路5の上流領域に重なる領域Bで半分としたため、純水入口マニホールド26から導入された純水が均等に複数の並列した純水流路7に配流されがたい。そこで、純水入口マニホールド26と純水流路7との途中に構成する分配部27において、適当な手段を用いて配流調整を行うのが好ましい。
In the present embodiment, the depth of the
例えば、分配部27の深さを変化させることにより、二種類の異なる深さを有する純水流路7全てに、ほぼ同量の純水が供給されるようにする。すなわち、純水入口マニホールド26に連通する分配部27を、領域Bに構成した純水流路7に連通する領域Dで、領域Cに構成した純水流路7に連通する領域Eよりも深く構成した。
For example, by changing the depth of the
純水の等分配性は、セル内の温度分布などが影響する可能性があるが、基本的には加湿で消費される量から凝縮水の回収量を差し引いた量以上の純水が供給されることが重要となる。そこで、蒸発が盛んに行われる領域Bに形成した純水流路7に優先的に純水を供給しするように分配部27を構成することが望ましい。
There is a possibility that the distribution of pure water is affected by the temperature distribution in the cell, etc., but it is basically supplied with pure water that exceeds the amount consumed by humidification minus the amount of condensed water recovered. It is important to Therefore, it is desirable to configure the
なお、ここではアノードセパレータ1に構成した純水流路7について説明したが、カソードセパレータ2に構成する純水流路7についても同様の形状とすることができる。
In addition, although the pure
次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
電解質膜と一対の電極とからなるMEA3を狭持する面1a(2a)にアノードガス流路5(カソードガス流路6)を、その裏面1b(2b)に純水流路7を有する多孔質のアノードセパレータ1(カソードセパレータ2)を備える。さらに、アノードガス流路5(カソードガス流路6)底面から純水流路7底面までのセパレータ厚hを、アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流領域において他の部分より厚くする。これにより、アノードガス流路5(カソードガス流路6)表面からの水の蒸発が盛んな上流領域において、水の蒸発現象により気液界面がプレート内に移動した場合でも、水シールを発現する部位が多く残るので水シール性の信頼性を向上することができる。
A porous surface having an anode gas channel 5 (cathode gas channel 6) on the surface 1a (2a) sandwiching the
ここでは、純水流路7の深さHを、アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流域に重なる領域Bにおいて他の部分より浅くする。これにより、電池の性能を変えることなく、上流域におけるアノードガス流路5(カソードガス流路6)底面から純水流路7底面までを厚くすることができる。
Here, the depth H of the
次に、第2の実施形態について説明する。単位セル100を、第1の実施形態と同様に構成する。アノードセパレータ1に構成した純水流路7の詳細を、図4を用いて説明する。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Next, a second embodiment will be described. The
第1の実施形態と同様に、アノードガス流路5の上流領域に重なる領域Bには、比較的浅い純水流路7を構成する。ここでは、領域Bに形成した純水流路7の深さHbが、領域Cに形成した純水流路7の深さHcの半分となるように構成する。
Similar to the first embodiment, a relatively shallow pure
また、領域Bに沿って流通する純水量と、領域Cに沿って流通する純水量を均等化するため、領域Cに比較して領域Bの純水流路7の密度が大きくなるように構成する。ここでは領域Bと領域Cの面積を同じとしているので、領域Bに、領域Cに構成する純水流路7よりも多くの純水流路7を構成する。
Further, in order to equalize the amount of pure water flowing along the region B and the amount of pure water flowing along the region C, the density of the pure
これにより、領域Bに構成する純水流路7の総断面積と、領域Cに構成する純水流路7の総断面積と、が均等化される。特に、各領域B、Cで、単位面積当たりに構成される純水流路7の断面積の大きさが等しくなるように構成することが好ましい。例えば、深さをHb:Hc=1:2とした場合には、純水流路7の数を、領域Cに対して領域Bで略2倍となるように構成するのが好ましい。その結果、領域Bにおいて、純水流路7の深さを低減することにより生じる流路断面の減少に伴う純水の圧損上昇を抑制することができ、流通する純水量を均等化することができる。
Thereby, the total cross-sectional area of the pure
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1の実施形態とは異なる効果のみを説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流域に重なる領域Bにおいて、他の部分に比較して純水流路7の密度が大きくなるように構成する。このように、流路深さHを減少させた分、純水流路7の本数を増やすことで、もともとの流路総断面積を一定にさせることができる。その結果、領域Bに沿って多くの純水を流通させることができ、純水の供給不足によりガスリークが生じるのを防ぐことができる。
In the region B overlapping the upstream region of the anode gas flow channel 5 (cathode gas flow channel 6), the density of the pure
特に、アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流域に重なる領域Bと、その他の領域Cにおいて、純水流路7の断面積の割合が略等しくなるように構成する。これにより、純水をくまなくプレート面内に巡らせることができ、特に水の供給が必要とされる上流領域で純水が不足するのを抑制することができる。
Particularly, in the region B that overlaps the upstream region of the anode gas channel 5 (cathode gas channel 6) and the other region C, the ratio of the cross-sectional area of the
次に、第3の実施形態について説明する。単位セル100を、第1の実施形態と同様に構成する。アノードセパレータ1に構成した純水流路7の詳細を、図5を用いて説明する。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Next, a third embodiment will be described. The
アノードガス流路5の上流側領域に重なる領域Bに構成する純水流路7の深さに傾斜を設ける。アノードガス流路5の入口近傍に重なる領域、つまり分配部27の近傍の最上流部で最も小さい深さHbとなり、純水流通方向に沿って徐々に溝深さHが増大するように構成する。アノードガス流路5の上流領域の下流端、ここでは折り返し部分に重なる領域において、純水流路7の深さHが領域Cと同等の深さHcとなるように構成する。なお、ここでは折り返し部分に重なる領域は、回収部28近傍となる。
An inclination is provided in the depth of the
なお、アノードガス流路5に導入された反応ガスの加湿は、入口から数センチまでである程度の加湿が完了するため、流路深さHを浅くすることにより、アノードセパレータ1を構成するプレート薄肉部の厚さhを増大させるのは、この範囲のみとしてもよい。つまり、予め燃料電池に導入される反応ガスの湿度や、供給量などの作動条件を設定しておき、その場合に、水が激しく蒸発する区間を要素実験などにより確認することにより、純水流路7の深さHの傾斜を設定することができる。
In addition, since the humidification of the reaction gas introduced into the anode
また、図5には、入口からの連続的な傾斜を示しているがこの限りではない。例えば、上述したような蒸発の激しい最上流領域に重なる部分のみ一定の深さHbとし、それ以降は流路深さHが増す方向で傾斜がつくように構成しても良い。 FIG. 5 shows a continuous inclination from the entrance, but this is not a limitation. For example, it may be configured such that only a portion overlapping the most upstream region where evaporation is intense as described above has a constant depth Hb, and thereafter, the channel depth H is inclined in the increasing direction.
なお、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、分配部27の深さを変化させることにより純水配流を均等化したり、第2の実施形態と同様に、領域Bの純水流路7を増大することで、流路断面を均等化することにより純水配流を均等化してもよい。
In the present embodiment as well, the pure water flow is equalized by changing the depth of the
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1の実施液体とは異なる効果のみを説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from those of the first embodiment liquid will be described.
純水流路7の深さHを連続的に変化させる。これにより、蒸発の激しさに応じてプレート厚さhを確保することができる。このとき、必要以上に純水流路7の深さHを小さく設定するのを抑制することができるため、純水流路7の断面が低減されることによる圧損増大を抑制することができる。
The depth H of the
例えば、蒸発の激しい領域についてはプレート厚hが小さくなるように設定し、それよりアノードガス流路5の下流側に重なる領域については、徐々に深さHを増大する。これにより、ガスリークを防ぎシール性の信頼を向上することができるとともに、領域Bにおける純水流路7の圧損増大を抑制することができる。
For example, the plate thickness h is set to be small for the region where evaporation is intense, and the depth H is gradually increased for the region overlapping the downstream side of the anode
次に、第4の実施形態について説明する。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。 Next, a fourth embodiment will be described. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
単位セル100の構成を図6に示す。第1〜第3の実施形態と同様に、領域Bにおいて、純水流路7の深さHbが、その他の部分の深さHcより浅くなるように構成する。この深さを低減した領域Bにおいて、アノードセパレータ1の純水流路7を形成した面1bに隣接して配置される緻密材より成る冷却プレート4の表面に、純水流路7に対峙する位置に溝71を設ける。つまり、アノードセパレータ1の表面に形成した純水流路7を構成する溝70の断面積が小さくなる領域Bにおいて、その溝70に対向する位置に断面積を補う溝71を構成する。これにより、溝70が比較的大きい深さHcに構成されている領域Cにおける純水流路7の断面積と、溝70が比較的小さい深さHbに構成されている領域Bにおける純水流路7の断面積を均一化することができる。
The configuration of the
ここで、LLCを流通するLLC流路8を構成する冷却プレート4は、一枚2mm以下と厚さを抑えるため、緻密材に形成する溝71の深さには限度がある。このため、第2の実施形態と同様に領域Bにおける純水流路7の本数を増大したり、第3の実施形態と同様に必要部分のみ深さを低減するのが好ましい。
Here, the
このように構成することで、図7に示すように、蒸発が激しく、気液平衡界面がアノードセパレータ1内部に形成されやすい領域Bにおいては、シール機能を果たすプレートの肉厚を大きくすることにより、プレート中の細孔ばらつきに依らずシール性を維持することができる。
By configuring in this way, as shown in FIG. 7, in the region B where the evaporation is intense and the gas-liquid equilibrium interface is easily formed inside the
なお、特に反応ガスの加湿によって水の蒸発が激しいアノードガス流路5の最上流領域において、できるだけ純水と多孔質プレートが接触する部分を増大するように構成してもよい。例えば、図6(b)に示すように、アノードセパレータ1を構成する多孔質プレートに形成した溝70の幅よりも、冷却プレート4に形成した溝71の幅を大きく構成する。これにより、溝71の開口部で一部の水が溝70間に形成されたリブ72に接触するので、多孔質プレート内への純水の浸透がスムーズになる。その結果、多孔質プレートへの純水の移動が遅れることにより、ガスリークが生じるのを抑制することができる。また、純水流路7を構成する溝71の幅を大きくすることで、流通する純水流量を増大することができ、純水不足が生じるのを避けることができる。
In particular, in the uppermost stream region of the
次に本実施形態の効果について説明する。以下、第1の実施形態とは異なる効果のみを説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
アノードセパレータ1(カソードセパレータ2)のアノードガス流路5(カソードガスりゅうろ6)を形成した面1a(2a)の裏面1b(2b)に隣接する冷却プレート4を備える。純水流路7をアノードセパレータ1(カソードセパレータ2)と隣接する冷却プレート4と、の間に形成するとともに、アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流域に重なる領域Bにおいて、純水流路7をアノードセパレータ1(カソードセパレータ2)に形成した溝70と冷却プレート4に形成した溝71を組み合わせることにより構成する。これにより、溝70の深さHを低減した領域Bにおいて、純水流路7の断面積を補うことができるので、純水の循環を適切に行うことができる。
A
このとき、アノードガス流路5(カソードガス流路6)の上流域に重なる領域Bと、その他の領域Cにおいて、純水流路7の断面積の割合が略等しくなるように構成する。これにより、領域Bを流通する純水が低減するのを抑制することができ、ガス加湿に必要な水を供給するとともに、水不足によるガスリークが生じるのを抑制することができる。
At this time, the ratio of the cross-sectional area of the
なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記第の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。 Note that the present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
本発明は、多孔質プレートを用いた固体高分子型燃料電池に適用することができる。特に、小型化が望まれる移動体用の燃料電池に適用することで、適切な効果を得ることができる。 The present invention can be applied to a polymer electrolyte fuel cell using a porous plate. In particular, an appropriate effect can be obtained by applying to a fuel cell for a mobile body that is desired to be downsized.
1 アノードセパレータ(セパレータ)
2 カソードセパレータ(セパレータ)
3 膜電極接合体(MEA)(発電層)
4 冷却プレート(隣接するプレート)
5 アノードガス流路(反応ガス流路)
6 カソードガス流路(反応ガス流路)
7 純水流路
8 LLC流路
27 分配部
領域B・・・ガス流路の上流領域に重なる領域
領域C・・・ガス流路の下流領域に重なる領域
H・・・純水流路の深さ
h・・・多孔質プレートの薄肉部の厚さ
1 Anode separator (separator)
2 Cathode separator (separator)
3 Membrane electrode assembly (MEA) (power generation layer)
4 Cooling plate (adjacent plate)
5 Anode gas channel (reactive gas channel)
6 Cathode gas channel (reactive gas channel)
7 Pure
Claims (6)
さらに、前記反応ガス流路底面から前記純水流路底面までのセパレータ厚を、前記反応ガス流路の上流領域において他の部分より厚くすることを特徴とする燃料電池。 Provided with a porous separator having a reactive gas flow path on the surface sandwiching a power generation layer composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes, and a pure water flow path on the back surface thereof,
Further, the fuel cell is characterized in that the separator thickness from the bottom surface of the reaction gas channel to the bottom surface of the pure water channel is made thicker than other parts in the upstream region of the reaction gas channel.
前記純水流路を前記セパレータと前記隣接するプレートと、の間に形成するとともに、
前記反応ガス流路の上流域に重なる領域において、前記純水流路を前記セパレータに形成した溝と前記プレートに形成した溝を組み合わせることにより構成する請求項1から4のいずれか一つに記載の燃料電池。 A plate adjacent to the back surface of the surface on which the reaction gas flow path of the separator is formed;
Forming the pure water flow path between the separator and the adjacent plate;
5. The pure water flow path according to claim 1, wherein the pure water flow path is configured by combining a groove formed in the separator and a groove formed in the plate in a region overlapping the upstream region of the reaction gas flow channel. Fuel cell.
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JP2003394184A JP2005158435A (en) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Fuel cell |
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JP2015509644A (en) * | 2012-03-09 | 2015-03-30 | 日産自動車株式会社 | Seal plate and fuel cell stack using the same |
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- 2003-11-25 JP JP2003394184A patent/JP2005158435A/en active Pending
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