JP2005243651A - Fuel cell and current collector thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and a current collector thereof, improving the distribution of reactive gas to each gas path for a fuel cell. <P>SOLUTION: In a collector panel 10 for the fuel cell, a gas path 50, in which a reactive gas flows to an accumulative layer face accumulated on an electrolyte membrane, is formed. A supplying hole 61 to distribute and supply the reactive gas into the path 50 and an exhaust hole 62 for exhausting the reactive gas in the path 50 are formed. In the state where each collector panel 10 is accumulated in a plural forms with an intervening electrolyte membrane, a supply manifold is formed through gathering of the supply hole 61 and an exhaust manifold is formed through gathering of the exhaust hole 62. An opening area for the exhaust hole 62 is designed to be larger than that for the opening area for the supply hole 61 and also a path cross-sectional area on a downstream side of a folded part 50B is designed to be smaller than that of a path cross-sectional area on an upstream side of the folded part 50 B. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、反応電極が設けられた電解質膜と集電板とが複数積層されてなる積層体を備え、同積層体の内部に、これら電解質膜及び集電板間に形成された各ガス通路に反応ガスを分配供給する供給マニホルドと同ガス通路の反応ガスが排出される排出マニホルドとが形成される燃料電池、及び上記ガス通路と、各マニホルド形成用の供給孔及び排出孔とが形成される燃料電池の集電板に関する。   The present invention includes a laminate in which a plurality of electrolyte membranes and collector plates provided with reaction electrodes are laminated, and each gas passage formed between the electrolyte membrane and the collector plates in the laminate. A fuel cell in which a supply manifold for distributing and supplying the reaction gas and a discharge manifold for discharging the reaction gas in the same gas passage are formed, and the gas passage, and a supply hole and a discharge hole for forming each manifold are formed. The present invention relates to a current collector plate for a fuel cell.

燃料電池は、単電池(セル)を複数積層したスタック構造の積層体を備えて構成されている。このセルは反応電極が両側の面に設けられた電解質膜と同電解質膜の両側に積層される集電板とからなり、同集電板の電解質膜に積層される面には燃料ガスや酸化剤ガス等の反応ガスを流すためのガス通路が形成されている。また、上記積層体の内部には、その積層方向に沿って延びる供給マニホルド及び排出マニホルドが設けられており、これら各マニホルドと集電板のガス通路との間で反応ガスの給排が行われる。これら各マニホルドは、例えば特許文献1に記載されるように、各集電板のそれぞれ対応する位置に形成された複数の孔を直列に集合させた通路として構成されている。   A fuel cell includes a stack having a stack structure in which a plurality of single cells (cells) are stacked. This cell consists of an electrolyte membrane provided with reaction electrodes on both sides and a current collector plate laminated on both sides of the electrolyte membrane. The surface of the current collector plate laminated on the electrolyte membrane has fuel gas and oxidation A gas passage for flowing a reaction gas such as an agent gas is formed. Further, a supply manifold and a discharge manifold extending in the stacking direction are provided inside the stacked body, and the reaction gas is supplied and discharged between each manifold and the gas passage of the current collector plate. . Each of these manifolds is configured as a passage in which a plurality of holes formed at corresponding positions of the respective current collecting plates are gathered in series, as described in Patent Document 1, for example.

こうした燃料電池において、供給マニホルドの入り口からその内部に供給された反応ガスは、まず集電板に形成された供給マニホルド形成用の供給孔を通じて各セルのガス通路にそれぞれ分配供給される。各ガス通路に分配供給された反応ガスは、同ガス通路を流れた後、集電板に形成された排出マニホルド形成用の排出孔を通じて排出マニホルドに排出される。そして、このように各セルのガス通路に反応ガスが流されることにより、反応電極には電気化学的反応によって起電力が発生するようになる。
特開平10−106594号公報
In such a fuel cell, the reaction gas supplied from the inlet of the supply manifold to the inside thereof is first distributed and supplied to the gas passages of the respective cells through supply manifold forming supply holes formed in the current collector plate. The reaction gas distributed and supplied to each gas passage flows through the gas passage and is then discharged to the discharge manifold through a discharge manifold forming discharge hole formed in the current collector plate. Then, the reaction gas is caused to flow through the gas passage of each cell in this manner, so that an electromotive force is generated at the reaction electrode by an electrochemical reaction.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-106594

このように、燃料電池では、各集電板のガス通路に反応ガスを流すことにより起電力が取り出される。このため、燃料電池において所望の発電効率を得るためには、こうしたガス通路における反応ガスの流量及びその分布を適正に制御することが望ましい。   Thus, in the fuel cell, the electromotive force is taken out by flowing the reaction gas through the gas passage of each current collector plate. Therefore, in order to obtain a desired power generation efficiency in the fuel cell, it is desirable to appropriately control the flow rate and distribution of the reaction gas in such a gas passage.

しかしながら、上記のように、各ガス通路とそれらに共通の各マニホルドとの間で反応ガスの給排を行うようにした燃料電池にあっては、各ガス通路における反応ガスの流量及びその分布に関して以下のような問題も無視できないものとなっている。   However, as described above, in the fuel cell in which the reaction gas is supplied and discharged between the gas passages and the manifolds common to them, the flow rate of the reaction gas in each gas passage and the distribution thereof. The following problems cannot be ignored.

即ち、反応ガスの流量は、供給マニホルドの入り口から離れた位置にあるセルほど低下する傾向がある。このため、供給マニホルドの入り口に近い位置にあるセルにおいては、十分な量の反応ガスが供給されるものの、同供給マニホルドの入り口から離れた位置にあるセルにおいては、ガス通路内の反応ガスの流量が不足するようになり、その起電力が低下するようになる。このように従来の燃料電池にあっては、各ガス通路に対して反応ガスが偏って分配されるため、所望の起電力を発生させることのできないセルが存在することとなり、その発電効率の低下も避けきれないものとなっていた。   That is, the flow rate of the reaction gas tends to decrease as the cell is located farther from the inlet of the supply manifold. For this reason, a sufficient amount of reaction gas is supplied to the cell close to the inlet of the supply manifold, but the reaction gas in the gas passage is not supplied to the cell far from the inlet of the supply manifold. The flow rate becomes insufficient, and the electromotive force decreases. As described above, in the conventional fuel cell, since the reaction gas is unevenly distributed to each gas passage, there is a cell that cannot generate a desired electromotive force, and the power generation efficiency is reduced. It was inevitable.

この発明はこうした従来の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、燃料電池の各ガス通路に対する反応ガスの分配性を改善することのできる燃料電池及びその集電板を提供することにある。   The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell and a current collector plate thereof that can improve the distribution of reaction gas to each gas passage of the fuel cell. .

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、電極が設けられた電解質膜に積層される積層面に反応ガスの流れるガス通路が形成されるとともに、そのガス通路に反応ガスを分配供給するための供給マニホルド形成用の供給孔と同ガス通路の反応ガスを排出するための排出マニホルド形成用の排出孔とがそれぞれ形成される燃料電池の集電板において、前記ガス通路は集電板の端部で折り返す形状を有し、前記排出孔の前記集電板における開口面積SA1を前記供給孔の前記集電板における開口面積SA2よりも大きく設定するとともに、折り返し部分より下流側の通路断面積SA3を同折り返し部分より上流側の通路断面積SA4よりも小さく設定するようにしている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a gas passage through which a reaction gas flows is formed on a laminated surface laminated on an electrolyte membrane provided with electrodes, and a reaction gas is introduced into the gas passage. In a collector plate of a fuel cell in which a supply manifold forming supply hole for distributing supply and a discharge manifold forming discharge hole for discharging reaction gas in the gas passage are formed, respectively, the gas passage is collected The current plate has a shape that is folded at the end of the electric plate, and the opening area SA1 of the discharge hole in the current collector plate is set larger than the opening area SA2 of the supply hole in the current collector plate, and is downstream of the folded portion. The passage sectional area SA3 is set to be smaller than the passage sectional area SA4 on the upstream side of the folded portion.

燃料電池において供給マニホルド形成用の供給孔からガス通路に供給された反応ガスは、同ガス通路から排出マニホルド形成用の排出孔を通じて排出マニホルドに排出されるが、この排出に際して上記排出孔が絞りとして作用し、反応ガスの流れが規制されるようになる。ここで、供給マニホルドの入り口に近い位置にある集電板のガス通路については、比較的高い圧力をもって供給マニホルドからガス通路に反応ガスが供給されるため、その流れが規制されるとはいえ、反応ガスは比較的速やかに排出孔から排出されるようになる。   In the fuel cell, the reaction gas supplied to the gas passage from the supply hole for forming the supply manifold is discharged from the gas passage to the discharge manifold through the discharge hole for forming the discharge manifold. It acts and the flow of the reaction gas is regulated. Here, with respect to the gas passage of the current collector plate located near the inlet of the supply manifold, since the reaction gas is supplied from the supply manifold to the gas passage with a relatively high pressure, the flow is regulated, The reaction gas is discharged from the discharge hole relatively quickly.

一方、供給マニホルドの入り口から離れた位置にある集電板のガス通路では、供給マニホルドから供給される反応ガスの圧力が相対的に低下しているため、排出孔の絞り作用の影響を大きく受け、反応ガスは同排出孔から排出され難くなる。その結果、供給マニホルドの入り口から離れた位置にある集電板では、同入り口に近い位置にある集電板と比較して、供給孔を通じてガス通路に供給される反応ガスの量が相対的に低下するようになる。   On the other hand, in the gas passage of the current collector plate at a position away from the inlet of the supply manifold, the pressure of the reaction gas supplied from the supply manifold is relatively lowered, so that it is greatly affected by the squeezing action of the discharge hole. The reaction gas is difficult to be discharged from the discharge hole. As a result, in the current collector plate located away from the inlet of the supply manifold, the amount of reaction gas supplied to the gas passage through the supply hole is relatively smaller than that of the current collector plate located near the inlet. It begins to decline.

この点、請求項1に記載の発明の上記構成では、集電板にそれぞれ形成される供給孔及び排出孔に関し、排出孔の開口面積SA1を供給孔の開口面積SA2よりも大きく設定するようにしているため、排出孔の絞り作用による流れの規制が弱められ、同排出孔を通じてガス通路から反応ガスを速やかに排出させることができるようになる。従って、集電板が供給マニホルドの入り口から離れた位置に配設される場合であれ、その集電板のガス通路に所定量以上の反応ガスを流すことができ、各ガス通路に対する反応ガスの分配の偏りを減少させてその分配性の改善を図ることができるようになる。   In this regard, in the above-described configuration of the invention described in claim 1, the opening area SA1 of the discharge hole is set larger than the opening area SA2 of the supply hole with respect to the supply hole and the discharge hole respectively formed in the current collector plate. Therefore, the restriction of the flow due to the restricting action of the discharge hole is weakened, and the reaction gas can be quickly discharged from the gas passage through the discharge hole. Therefore, even when the current collector plate is disposed at a position away from the inlet of the supply manifold, a predetermined amount or more of the reaction gas can flow through the gas passage of the current collector plate, and the reaction gas for each gas passage can be supplied. The distribution bias can be reduced to improve the distribution.

さらに、ガス通路を集電板の端部で折り返す形状を有するものとしたことで、ガス通路全体における反応ガスの流速を増大させることができ、ガス利用率を高めて発電効率の向上を図ることができるようになる。   Furthermore, since the gas passage has a shape that is folded at the end of the current collector plate, the flow rate of the reaction gas in the entire gas passage can be increased, and the gas utilization rate can be increased to improve the power generation efficiency. Will be able to.

ここで、反応ガスはガス通路を流れる過程でそのガス濃度、例えば酸化剤ガスであれば酸素濃度、燃料ガスであれば水素濃度が徐々に低下するようになる。このため、前記ガス通路の下流側では上流側と比較すれば発電効率が低下する傾向がある。   Here, the gas concentration of the reaction gas gradually decreases in the process of flowing through the gas passage, for example, the oxygen concentration for oxidant gas and the hydrogen concentration for fuel gas. For this reason, power generation efficiency tends to be lower on the downstream side of the gas passage than on the upstream side.

このため、上記構成では、ガス通路の上記折り返し部分より下流側の通路断面積を同折り返し部分より上流側の通路断面積よりも小さく設定することで、下流側部分におけるガス流速を部分的に高めるようにしている。   For this reason, in the above configuration, the gas flow velocity in the downstream portion is partially increased by setting the passage cross-sectional area downstream of the folded portion of the gas passage to be smaller than the passage cross-sectional area upstream of the folded portion. I am doing so.

そして、このように反応ガスを速く流すことにより、ガス通路の下流側部分では、ガス濃度の低下が抑えられるようになる。その結果、反応ガスの利用率を高めることができ、下流側部分における発電効率を向上させることができるようになる。   Then, by causing the reaction gas to flow faster in this way, a decrease in gas concentration can be suppressed in the downstream portion of the gas passage. As a result, the utilization rate of the reaction gas can be increased, and the power generation efficiency in the downstream portion can be improved.

加えて、上記構成によれば、ガス流速が高められることで、水分が滞留しやすいガス通路の下流側部分における排水性を高めることができるようにもなる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の燃料電池の集電板において、集電板は矩形状をなし、前記供給孔及び前記排出孔は集電板の一端部に形成されるとともに、その一端部において前記供給孔及び前記排出孔の間には冷却水が通過する冷却水孔が形成されるものであるとしている。
In addition, according to the above-described configuration, it is possible to improve the drainage performance in the downstream portion of the gas passage where moisture tends to stay by increasing the gas flow rate.
According to a second aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to the first aspect, the current collector plate has a rectangular shape, and the supply hole and the discharge hole are formed at one end of the current collector plate. In addition, a cooling water hole through which cooling water passes is formed between the supply hole and the discharge hole at one end thereof.

請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の燃料電池の集電板において、前記上流側の通路における集電板の端部側の側面の延長上に前記供給孔における前記冷却水孔と反対側の内面が形成されるとともに、同上流側の通路における集電板の端部と反対側の側面の延長上に前記冷却水孔における前記供給孔と反対側の内面が形成されるものであるとしている。   According to a third aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to the second aspect, the cooling water hole in the supply hole is formed on an extension of the side surface on the end portion side of the current collector plate in the upstream passage. The inner surface of the cooling water hole opposite to the supply hole is formed on the extension of the side surface opposite to the end of the current collector plate in the upstream passage. It is said that.

請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の燃料電池の集電板において、前記供給孔及び前記排出孔の断面形状が長方形に形成されるとともに、前記供給孔及び前記排出孔の形成される集電板の前記一端部側の辺に対して垂直となる同供給孔及び同排出孔の辺の長さが互いに等しいようにしている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to the third aspect, the supply hole and the discharge hole are formed in a rectangular cross section, and the supply hole and the discharge hole are formed. The lengths of the sides of the supply hole and the discharge hole that are perpendicular to the side of the one end portion of the current collector plate are equal to each other.

また、本発明者の実験によれば、上記のように排出孔の開口面積SA1を供給孔の開口面積SA2よりも大きく設定するに際し、これら各開孔面積SA1,SA2の比(SA1/SA2)を1.0<(SA1/SA2)<3.0の範囲に設定することにより、一層良好な分配性が確保されることが確認されている。   Further, according to the experiment by the present inventor, when the opening area SA1 of the discharge hole is set larger than the opening area SA2 of the supply hole as described above, the ratio of these opening areas SA1 and SA2 (SA1 / SA2) It has been confirmed that a better distribution is ensured by setting the value in a range of 1.0 <(SA1 / SA2) <3.0.

このため、請求項5に記載の発明では、請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池の集電板において、前記排出孔及び前記供給孔の各開口面積SA1,SA2の比(SA1/SA2)を1.0<(SA1/SA2)<3.0の範囲に設定するようにしている。   Therefore, in the invention according to claim 5, in the current collector plate of the fuel cell according to any one of claims 1 to 4, the ratio (SA1 / SA2) of the opening areas SA1 and SA2 of the discharge hole and the supply hole. SA2) is set in a range of 1.0 <(SA1 / SA2) <3.0.

請求項6に記載の発明では、請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池の集電板において、前記排出孔近傍の部分が格子状の通路として形成されるとともに、それ以外の部分の少なくとも一部が複数の独立した通路として形成されるものであるとしている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to any one of the first to fifth aspects, a portion in the vicinity of the discharge hole is formed as a lattice-shaped passage, and other portions are formed. At least a part is formed as a plurality of independent passages.

上記構成によれば、ガス通路を集電板の端部で折り返す形状とし、更にこのガス通路において排出孔近傍以外の部分の少なくとも一部を複数の独立した通路として形成するようにしたことで、ガス通路内における反応ガスの流速を増大させることができ、ガス利用率を高めて発電効率の向上を図ることができるようになる。   According to the above configuration, the gas passage is shaped to be folded at the end of the current collector plate, and at least a part of the gas passage other than the vicinity of the discharge hole is formed as a plurality of independent passages. The flow rate of the reactive gas in the gas passage can be increased, and the gas utilization rate can be increased to improve the power generation efficiency.

但し、このようにガス通路を折り返した形状とすることでその総通路長が拡大されるため、同ガス通路の下流側では、還元反応により生じた生成水を多量に含む反応ガスが流れるようになり、この生成水の液化によってガス通路に閉塞が発生する懸念がある。   However, since the total length of the gas passage is expanded by making the gas passage folded in this way, the reaction gas containing a large amount of water produced by the reduction reaction flows on the downstream side of the gas passage. Therefore, there is a concern that the gas passage is clogged by the liquefaction of the generated water.

この点、上記構成では、ガス通路において排出孔近傍の部分、即ちその下流側部分を格子状の通路としているため、反応ガスの拡散を促進させて排水性を向上させることができる。従って、水分によるガス通路の閉塞に起因した発電効率の低下を抑制することができるようになる。しかも、排出孔の開口面積が相対的に大きく設定されているため、ガス通路内の水分を同排出孔から速やかに排出させることができ、排水性を一層向上させることができるようになる。   In this regard, in the above-described configuration, the portion near the discharge hole in the gas passage, that is, the downstream portion thereof is a lattice-like passage, so that the diffusion of the reaction gas can be promoted and the drainage can be improved. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency due to the blockage of the gas passage due to moisture. Moreover, since the opening area of the discharge hole is set to be relatively large, the water in the gas passage can be quickly discharged from the discharge hole, and the drainage can be further improved.

ところで上述したように、ガス通路の下流側部分の通路断面積を上流側部分の通路断面積と比較して小さく設定することにより、同下流側部分における発電効率を向上させることはできる。しかしながらその一方で、この下流側部分の通路断面積を徐々に小さく設定していくと、同下流側部分での流路抵抗が徐々に大きくなる結果、ガス通路全体としてみるとその圧力損失が増大するようになる。更に、下流側部分の通路断面積を小さくした分だけ上流側部分の通路断面積を拡大するようにすると、この上流側部分においてはガス流速が逆に低下し、その低下による発電効率の低下が生じることとなる。   By the way, as described above, the power generation efficiency in the downstream portion can be improved by setting the passage sectional area of the downstream portion of the gas passage smaller than the passage sectional area of the upstream portion. However, on the other hand, if the passage cross-sectional area of the downstream portion is gradually reduced, the flow resistance at the downstream portion gradually increases, and as a result, the pressure loss increases as a whole gas passage. Will come to do. Furthermore, if the passage cross-sectional area of the upstream portion is increased by the amount corresponding to the reduction of the passage cross-sectional area of the downstream portion, the gas flow velocity decreases in the upstream portion, and the power generation efficiency decreases due to the reduction. Will occur.

従って、ガス通路の下流側部分の通路断面積を上流側部分の通路断面積よりも小さく設定するに際しては、同下流側部分の通路断面積の縮小に伴う圧力損失の増大や上流側部分における発電効率の低下をも併せて考慮することが望ましいといえる。   Therefore, when setting the passage cross-sectional area of the downstream portion of the gas passage to be smaller than the passage cross-sectional area of the upstream portion, the pressure loss increases due to the reduction of the passage cross-sectional area of the downstream portion and the power generation in the upstream portion It can be said that it is desirable to consider the decrease in efficiency.

こうした点を踏まえた本発明者の実験によれば、ガス通路の下流側通路断面積SA3と上流側通路断面積SA4との比(SA3/SA4)を0.3<(SA3/SA4)<1.0の範囲に設定することにより、圧力損失の増大を極力抑えながらも、ガス通路の上流側部分における発電効率の低下と下流側部分における発電効率の増大とを好適にバランスさせ得ることが確認されている。   According to the inventors' experiments based on these points, the ratio (SA3 / SA4) of the downstream passage sectional area SA3 and the upstream passage sectional area SA4 of the gas passage is 0.3 <(SA3 / SA4) <1. It is confirmed that by setting the range to 0.0, the decrease in power generation efficiency in the upstream portion of the gas passage and the increase in power generation efficiency in the downstream portion can be suitably balanced while suppressing an increase in pressure loss as much as possible. Has been.

このため、請求項7に記載の発明では、請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池の集電板において、前記ガス通路の下流側通路断面積SA3と前記上流側通路断面積SA4との比(SA3/SA4)を0.3<(SA3/SA4)<1.0の範囲に設定するようにしている。   Therefore, according to the seventh aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to any one of the first to sixth aspects, the downstream-side passage sectional area SA3 and the upstream-side passage sectional area SA4 of the gas passage The ratio (SA3 / SA4) is set in a range of 0.3 <(SA3 / SA4) <1.0.

請求項8に記載の発明では、請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電池の集電板において、前記電解質層に積層される両側の積層面の一方には燃料ガス通路が、他方には酸化剤ガス通路がそれぞれ前記ガス通路として形成されるとともに、前記供給孔としての燃料ガス供給孔及び酸化剤ガス供給孔並びに前記排出孔としての燃料ガス排出孔及び酸化剤ガス排出孔がそれぞれ形成され、前記冷却水供給孔及び冷却水を排出するための冷却水排出孔がそれぞれ形成され、前記燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路は集電板の二等分割線回りに対称的な形状を有し、且つ前記燃料ガス供給孔及び前記酸化剤ガス供給孔、前記燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガス排出孔、並びに前記冷却水供給孔及び前記冷却水排出孔がそれぞれ前記二等分割線について対称的な位置に形成されてなるものであるとしている。   According to an eighth aspect of the present invention, in the current collector plate of the fuel cell according to any one of the first to seventh aspects, a fuel gas passage is provided on one of the laminated surfaces on both sides of the electrolyte layer, and on the other side. The oxidant gas passages are respectively formed as the gas passages, and the fuel gas supply holes and the oxidant gas supply holes as the supply holes and the fuel gas discharge holes and the oxidant gas discharge holes as the discharge holes are respectively formed. The cooling water supply hole and the cooling water discharge hole for discharging the cooling water are respectively formed, and the fuel gas passage and the oxidant gas passage have a symmetrical shape around the bisector of the current collector plate. And the fuel gas supply hole and the oxidant gas supply hole, the fuel gas discharge hole and the oxidant gas discharge hole, and the cooling water supply hole and the cooling water discharge hole are respectively connected to the bisector. It is set to be made is formed on the referred position.

上記構成によれば、集電板を電解質膜に積層するに際し、同集電板において燃料ガス通路の形成された面と酸化剤ガス通路の形成された面とを判別する作業が不要になり、その作業性の向上を図ることができるようになる。   According to the above configuration, when stacking the current collector plate on the electrolyte membrane, it is not necessary to distinguish between the surface on which the fuel gas passage is formed and the surface on which the oxidant gas passage is formed on the current collector plate. The workability can be improved.

請求項9に記載の発明では、反応電極が設けられた電解質膜と集電板とが複数積層されてなる積層体を備え、同積層体の内部に、前記電解質膜及び前記集電板間に形成された各ガス通路に反応ガスを分配供給する供給マニホルドと同ガス通路の反応ガスが排出される排出マニホルドとが同積層体の積層方向に沿って形成される燃料電池において、前記ガス通路は、前記電解質膜が積層される前記集電板の積層面に同集電板の端部で折り返す形状を有して形成され、前記排出マニホルドの通路断面積SB1を前記供給マニホルドの通路断面積SB2よりも大きく設定するとともに、折り返し部分より下流側の通路断面積SB3を同折り返し部分より上流側の通路断面積SB4よりも小さく設定するようにしている。   The invention according to claim 9 includes a laminate in which a plurality of electrolyte membranes and collector plates provided with reaction electrodes are laminated, and the electrolyte membrane and the collector plates are disposed inside the laminate. In the fuel cell in which the supply manifold that distributes and supplies the reaction gas to each formed gas passage and the discharge manifold that discharges the reaction gas in the gas passage are formed along the stacking direction of the stacked body, the gas passage includes: The current collector plate on which the electrolyte membrane is laminated is formed to have a shape that is folded at the end of the current collector plate, and the passage cross-sectional area SB1 of the discharge manifold is the passage cross-sectional area SB2 of the supply manifold. The passage sectional area SB3 on the downstream side of the folded portion is set smaller than the passage sectional area SB4 on the upstream side of the folded portion.

上記構成によれば、請求項1に記載の発明と同様に、燃料電池の各セルのガス通路に対する反応ガスの分配の偏りを減少させてその分配性の改善を図ることができるようになる。   According to the above configuration, similarly to the first aspect of the invention, it is possible to reduce the uneven distribution of the reaction gas with respect to the gas passage of each cell of the fuel cell and improve the distribution.

さらに、ガス通路を折り返し形状とすることで、通路全体におけるガス流速を増大させてガス利用率を高めることができ、発電効率の向上を図ることができるようになる。特に、ガス通路の下流側部分においてはガス流速が更に増大させられるため、ガス濃度の低下が抑えられるとともに、良好な排水性が確保されるようになり、発電効率を一層向上させることができるようになる。   Furthermore, by making the gas passage into a folded shape, the gas flow rate in the entire passage can be increased, the gas utilization rate can be increased, and the power generation efficiency can be improved. In particular, since the gas flow rate is further increased in the downstream portion of the gas passage, it is possible to suppress a decrease in gas concentration and to ensure good drainage and to further improve power generation efficiency. become.

請求項10に記載の発明では、請求項9に記載の燃料電池において、集電板は矩形状をなし、前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドは集電板の一端部に形成されるとともに、その一端部において前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの間には冷却水が通過する冷却水マニホルドが形成されるものであるとしている。   According to a tenth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the ninth aspect, the current collector plate has a rectangular shape, and the supply manifold and the discharge manifold are formed at one end portion of the current collector plate, and one end thereof. In this section, a cooling water manifold through which cooling water passes is formed between the supply manifold and the discharge manifold.

請求項11に記載の発明では、請求項10に記載の燃料電池において、前記上流側の通路における集電板の端部側の側面の延長上に前記供給マニホルドにおける前記冷却水マニホルドと反対側の内面が形成されるとともに、同上流側の通路における集電板の端部と反対側の側面の延長上に前記冷却水マニホルドにおける前記供給マニホルドと反対側の内面が形成されるものであるとしている。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the fuel cell according to the tenth aspect, on the extension of the side surface on the end portion side of the current collecting plate in the upstream passage, the supply manifold has a side opposite to the cooling water manifold. An inner surface is formed, and an inner surface of the cooling water manifold opposite to the supply manifold is formed on an extension of the side surface opposite to the end of the current collector plate in the upstream side passage. .

請求項12に記載の発明では、請求項11に記載の燃料電池において、前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの断面形状が長方形に形成されるとともに、前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの形成される集電板の前記一端部側の辺に対して垂直となる同供給マニホルド及び同排出マニホルドの辺の長さが互いに等しいようにしている。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the eleventh aspect, the supply manifold and the discharge manifold are formed in a rectangular cross section, and the current collector is formed with the supply manifold and the discharge manifold. The lengths of the sides of the supply manifold and the discharge manifold that are perpendicular to the side of the one end side of the plate are made equal to each other.

また、請求項13に記載の発明では、請求項9乃至12のいずれかに記載の燃料電池において、各マニホルドの通路断面積SB1,SB2の比(SB1/SB2)を1.0<(SB1/SB2)<3.0の範囲に設定するようにしている。   In a thirteenth aspect of the invention, in the fuel cell according to any of the ninth to twelfth aspects, the ratio (SB1 / SB2) of the passage cross-sectional areas SB1 and SB2 of the manifolds is 1.0 <(SB1 / SB2) <3.0.

上記構成によれば、請求項5に記載の発明と同様に、各セルに対する一層良好な分配性を確保することができるようになる。
請求項14に記載の発明では、請求項9乃至13のいずれかに記載の燃料電池において、前記排出マニホルドとの連通部分の近傍が格子状の通路として形成されるとともに、それ以外の部分の少なくとも一部が複数の独立した通路として形成されるものであるとしている。
According to the above configuration, as in the fifth aspect of the invention, it is possible to ensure better distribution to each cell.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the ninth to thirteenth aspects, the vicinity of the communicating portion with the exhaust manifold is formed as a lattice-shaped passage, and at least the other portions. A part is supposed to be formed as a plurality of independent passages.

上記構成によれば、請求項6に記載の発明と同様に、ガス通路内における反応ガスの流速を増大させて発電効率の向上を図ることができるようになる。更に、ガス通路の下流側部分において、排水性を向上させて水分によるガス通路の閉塞に起因した発電効率の低下を抑制することができるようになる。   According to the above configuration, as in the sixth aspect of the invention, the power generation efficiency can be improved by increasing the flow rate of the reaction gas in the gas passage. Furthermore, in the downstream portion of the gas passage, the drainage can be improved and the decrease in power generation efficiency due to the blockage of the gas passage due to moisture can be suppressed.

請求項15に記載の発明では、請求項14に記載の燃料電池において、前記積層体は前記電解質膜及び前記集電板が重力方向と垂直な方向に複数積層されてなるものであるとしている。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the fourteenth aspect of the present invention, the stacked body is formed by stacking a plurality of the electrolyte membranes and the current collector plates in a direction perpendicular to the direction of gravity.

上記構成によれば、ガス通路において排出マニホルドとの連通部分の近傍では、格子状に形成された同通路を重力方向の下方側へと水分が移動可能になる。従って、この格子状のガス通路においては、少なくとも重力方向の上方側の部分において確実に反応ガスの流路を確保することができ、水分によるガス通路の閉塞に起因した発電効率の低下を効果的に抑制することができるようになる。   According to the above configuration, in the vicinity of the communicating portion with the discharge manifold in the gas passage, moisture can move downward in the gravitational direction through the passage formed in a lattice shape. Therefore, in this lattice-like gas passage, the reaction gas flow path can be reliably secured at least in the upper part in the direction of gravity, and the reduction in power generation efficiency due to the blockage of the gas passage due to moisture is effective. Can be suppressed.

請求項16に記載の発明では、請求項9乃至15のいずれかに記載の燃料電池において、前記ガス通路の下流側通路断面積SA3と前記上流側通路断面積SB4との比(SB3/SB4)を0.3<(SB3/SB4)<1.0の範囲に設定するようにしている。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the ninth to fifteenth aspects, the ratio of the downstream passage sectional area SA3 and the upstream passage sectional area SB4 of the gas passage (SB3 / SB4). Is set in a range of 0.3 <(SB3 / SB4) <1.0.

上記構成によれば、請求項9乃至15のいずれかに記載の発明の作用効果を一層好適に奏することができるようになる。   According to the said structure, the effect of the invention in any one of Claim 9 thru | or 15 can be show | played more suitably.

以下、本発明の一実施形態について図1〜図4を参照して説明する。
図1は、本実施形態にかかる固体高分子型の燃料電池30に用いられる集電板10の平面構造を示し、図2はこの燃料電池30における1つのセル31の分解構造を示している。また、図3は、燃料電池30の斜視構造を示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a planar structure of a current collector plate 10 used in a polymer electrolyte fuel cell 30 according to the present embodiment, and FIG. 2 shows an exploded structure of one cell 31 in the fuel cell 30. FIG. 3 shows a perspective structure of the fuel cell 30.

これら各図に示すように、燃料電池30は、基板20と集電板10とを交互に複数積層してなる積層体32と、この積層体32を両側から挟む一対の側板12とを備えて構成されている。この積層体32は、燃料電池30が使用される状態において、その積層方向が重力方向(各図の上下方向)と垂直な方向に設定されている。   As shown in each of these drawings, the fuel cell 30 includes a laminate 32 in which a plurality of substrates 20 and current collectors 10 are alternately laminated, and a pair of side plates 12 sandwiching the laminate 32 from both sides. It is configured. In the state where the fuel cell 30 is used, the stacking direction of the stacked body 32 is set to be perpendicular to the direction of gravity (the vertical direction in each figure).

基板20は、電解質膜22と、この電解質膜22を両側から挟む反応電極(陰極及び陽極、図2ではその一方のみを示す)24と備えている。電解質膜22は、適度な湿潤状態においてイオン導電性を示す、例えばフッ素系樹脂等の高分子材料により形成されている。各反応電極24は、白金等の触媒を含むカーボン繊維により形成されている。   The substrate 20 includes an electrolyte membrane 22 and a reaction electrode (a cathode and an anode, only one of which is shown in FIG. 2) 24 sandwiching the electrolyte membrane 22 from both sides. The electrolyte membrane 22 is formed of a polymer material such as a fluorine resin that exhibits ionic conductivity in a moderately wet state. Each reaction electrode 24 is formed of a carbon fiber containing a catalyst such as platinum.

また、集電板10は、図1に示すように、カーボン等の導電材料によって矩形板状に形成されている。この集電板10は、同集電板10の両側に位置する各反応電極24を電気的に接続する機能の他、各反応電極24の表面に燃料ガスや酸化剤ガスといった反応ガスを供給するためのガス通路を形成する機能を併せ有している。図2に示すように、1つの基板20とこの基板20の両側に積層される各集電板10とによって単電池(セル)31が構成されており、上記積層体32はこのセル31が電気的に直列に接続された構造を有している。   Further, as shown in FIG. 1, the current collector plate 10 is formed in a rectangular plate shape by a conductive material such as carbon. In addition to the function of electrically connecting the reaction electrodes 24 located on both sides of the current collector plate 10, the current collector plate 10 supplies a reaction gas such as a fuel gas or an oxidant gas to the surface of each reaction electrode 24. It also has a function of forming a gas passage for the purpose. As shown in FIG. 2, a single battery (cell) 31 is constituted by one substrate 20 and each current collector plate 10 laminated on both sides of the substrate 20. In general, they have a structure connected in series.

また、集電板10において上記反応電極24と対向する一方の積層面には、空気等の酸素を含んだ酸化剤ガスを流すためのガス通路(酸化剤ガス通路)50が形成されている。
図1に示すように、このガス通路50は、集電板10の一端部側(同図の右端部側)から他端部側(同図の左端部側)に延び、同他端部で折り返され、再び集電板10の一端部側に戻る略U字形状を有しており、同図において破線で囲まれる各領域、即ち上流側部分50A、折り返し部分50B、及び下流側部分50Cによって構成されている。
Further, a gas passage (oxidant gas passage) 50 for flowing an oxidant gas containing oxygen such as air is formed in one of the stacked surfaces of the current collector plate 10 facing the reaction electrode 24.
As shown in FIG. 1, the gas passage 50 extends from one end side (right end side in the figure) to the other end side (left end side in the figure) of the current collector plate 10. It has a substantially U-shape that is folded back and returns to the one end side of the current collector plate 10 again, and is surrounded by the broken lines in the drawing, that is, by the upstream portion 50A, the folded portion 50B, and the downstream portion 50C. It is configured.

また、集電板10の一端部には、酸化剤ガス通路50に酸化剤ガスを供給するための供給孔61と同ガス通路50から酸化剤ガスを排出するための排出孔62とがそれぞれ形成されている。燃料電池30が使用される状態において、これら各孔61,62のうち、供給孔61は重力方向の上方側に位置し、排出孔62は同方向の下方側に位置している。   Further, a supply hole 61 for supplying the oxidant gas passage 50 to the oxidant gas passage 50 and a discharge hole 62 for discharging the oxidant gas from the gas passage 50 are formed at one end of the current collector plate 10, respectively. Has been. In a state where the fuel cell 30 is used, of these holes 61 and 62, the supply hole 61 is located on the upper side in the gravity direction, and the discharge hole 62 is located on the lower side in the same direction.

そして、上記各部分50A〜50Cのうち上流側部分50Aは供給孔61に、下流側部分50Cは排出孔62にそれぞれ接続されている。従って、供給孔61からガス通路50に供給された反応ガス(酸化剤ガス)は上流側部分50A、折り返し部分50B、及び下流側部分50Cを順に流れた後、排出孔62を通じて同ガス通路50から排出される。   Of the portions 50A to 50C, the upstream portion 50A is connected to the supply hole 61, and the downstream portion 50C is connected to the discharge hole 62. Accordingly, the reaction gas (oxidant gas) supplied from the supply hole 61 to the gas passage 50 flows in order from the upstream portion 50A, the turn-back portion 50B, and the downstream portion 50C, and then from the gas passage 50 through the discharge hole 62. Discharged.

ガス通路50において上記上流側部分50Aは、複数の平行溝51により複数の独立した通路として構成されている。一方、折り返し部分50Bは、複数の格子溝52によって格子状の通路として構成されている。また、下流側部分50Cは、上記折り返し部分50Bの近傍が複数の平行溝53により複数の独立した通路として構成されるとともに、最も下流側に位置する部分、即ち排出孔62の近傍が複数の格子溝54によって格子状の通路として構成されている。   In the gas passage 50, the upstream portion 50 </ b> A is configured as a plurality of independent passages by a plurality of parallel grooves 51. On the other hand, the folded portion 50B is configured as a lattice-shaped passage by the plurality of lattice grooves 52. In addition, the downstream portion 50C is configured as a plurality of independent passages by a plurality of parallel grooves 53 in the vicinity of the folded portion 50B, and the portion located at the most downstream side, that is, the vicinity of the discharge holes 62 is a plurality of lattices. The grooves 54 are configured as lattice-shaped passages.

本実施形態では、上記のようにガス通路50の形状を折り返し部分50Bを有する形状としたため、同通路50を直線状の形状とした場合と比較して、その総通路長が拡大されるようになる。その結果、通路全体における平均的な反応ガスの流速が増大し、ガス利用率が高められて発電効率の向上が図られるようになる。また、この下流側部分50Cのうち、排出孔62の近傍にある部分が格子状の通路として構成されているため、反応ガスの拡散が促進されその排水性も向上するようになる。   In the present embodiment, since the shape of the gas passage 50 is the shape having the folded portion 50B as described above, the total passage length is expanded as compared with the case where the passage 50 is formed in a linear shape. Become. As a result, the average flow rate of the reaction gas in the entire passage is increased, the gas utilization rate is increased, and the power generation efficiency is improved. In addition, since the portion in the vicinity of the discharge hole 62 in the downstream portion 50C is configured as a lattice-like passage, the diffusion of the reaction gas is promoted and the drainage is improved.

更に、下流側部分50Cにおいて折り返し部分50Bの近傍に位置する各独立通路の総通路断面積SG1は、上流側部分50Aの各独立通路の総通路断面積SG2よりも小さく設定されている。   Furthermore, the total passage sectional area SG1 of each independent passage located in the vicinity of the folded portion 50B in the downstream portion 50C is set smaller than the total passage sectional area SG2 of each independent passage in the upstream portion 50A.

このように各総通路断面積SG1,SG2が設定されることにより、下流側部分50Cにおけるガス流速が更に部分的に高められるようになる。このため、反応ガスの濃度低下が懸念される同下流側部分50Cにおいて、そのガス濃度の低下が極力抑えられ、反応ガスの利用率が高められるようになる。特に、酸化剤ガスとして空気が用いられる場合には、そのガス濃度(酸素濃度)が最初から低いため、こうしたガス利用率の向上は酸化剤ガス通路50側において特に顕著なものとなる。更に、こうしたガス流速の増大によって水分が滞留しやすい下流側部分50Cにおける排水性も高められるようになる。   Thus, by setting each total passage cross-sectional area SG1, SG2, the gas flow velocity in the downstream portion 50C is further partially increased. For this reason, in the downstream portion 50C where the concentration of the reaction gas is concerned, the decrease in the gas concentration is suppressed as much as possible, and the utilization rate of the reaction gas is increased. In particular, when air is used as the oxidant gas, since the gas concentration (oxygen concentration) is low from the beginning, such an improvement in the gas utilization rate is particularly remarkable on the oxidant gas passage 50 side. Furthermore, the increase in gas flow rate also improves the drainage performance in the downstream portion 50C where water tends to stay.

但し、ここで下流側部分50Cの総通路断面積SG1を徐々に小さく設定していくと、同下流側部分50Cでの流路抵抗が徐々に大きくなる結果、通路全体としてみるとその圧力損失が増大するようになる。更に、ガス通路全体の通路断面積を確保する上では、下流側部分50Cの総通路断面積SG1を小さくした分だけ上流側部分50Aの総通路断面積SG2を相対的に拡大するのが望ましいが、このように上流側部分50Aの総通路断面積SG2を拡大すると、同上流側部分50Aではガス流速が逆に低下し、発電効率の低下が生じることとなる。   However, if the total passage cross-sectional area SG1 of the downstream portion 50C is gradually set to be small here, the flow path resistance in the downstream portion 50C gradually increases. It will increase. Furthermore, in order to secure the passage sectional area of the entire gas passage, it is desirable to relatively enlarge the total passage sectional area SG2 of the upstream portion 50A by an amount corresponding to the reduction of the total passage sectional area SG1 of the downstream portion 50C. In this way, when the total passage sectional area SG2 of the upstream portion 50A is enlarged, the gas flow velocity is decreased in the upstream portion 50A, and the power generation efficiency is reduced.

本発明者の実験によると、上記各総通路断面積SG1,SG2の比(SG1/SG2)を
0.3<(SG1/SG2)<1.0 ・・・(式1)
の範囲に設定することにより、圧力損失の増大を極力抑えながら、ガス通路50の上流側部分50Aにおける発電効率の低下と下流側部分50Cにおける発電効率の増大とを好適にバランスさせ得ることが確認されている。このため、本実施形態においては、この面積比(SG1/SG2)を上記範囲内の「0.7」に設定するようにしている。
According to the experiment by the present inventor, the ratio (SG1 / SG2) of each of the total passage sectional areas SG1 and SG2 is 0.3 <(SG1 / SG2) <1.0 (Expression 1)
It is confirmed that the reduction in power generation efficiency in the upstream portion 50A of the gas passage 50 and the increase in power generation efficiency in the downstream portion 50C can be suitably balanced while suppressing an increase in pressure loss as much as possible. Has been. For this reason, in this embodiment, this area ratio (SG1 / SG2) is set to “0.7” within the above range.

また、集電板10において酸化剤ガス通路50が形成される積層面と反対側の積層面(図示略)には、水素を含む燃料ガスを流すためのガス通路(燃料ガス通路)が形成されている。集電板10の他端部には、この燃料ガス通路に燃料ガスを供給するための供給孔71と同ガス通路から燃料ガスを排出するための排出孔72とがそれぞれ形成されている。燃料電池30が使用される状態において、これら各孔71,72のうち、供給孔71は重力方向の上方側に位置し、排出孔72は同方向の下方側に位置している。   In addition, a gas passage (fuel gas passage) for flowing a fuel gas containing hydrogen is formed on a laminated surface (not shown) opposite to the laminated surface where the oxidant gas passage 50 is formed in the current collector plate 10. ing. A supply hole 71 for supplying the fuel gas to the fuel gas passage and a discharge hole 72 for discharging the fuel gas from the gas passage are formed at the other end of the current collector plate 10. In a state where the fuel cell 30 is used, of these holes 71 and 72, the supply hole 71 is located on the upper side in the gravity direction, and the discharge hole 72 is located on the lower side in the same direction.

本実施形態において、この燃料ガス通路は、集電板10を二等分割する中心線C回りに上述した酸化剤ガス通路50と対称的な同一の形状を有して形成されている。また、この燃料ガス通路の供給孔71及び排出孔72についても、上記中心線Cに関して酸化剤ガス通路50の供給孔61及び排出孔62とそれぞれ線対称となる位置に設けられている。このため、集電板10を基板20に積層するに際し、同集電板10において燃料ガス通路の形成された積層面と酸化剤ガス通路50の形成された積層面とを判別する作業が不要になる。   In the present embodiment, the fuel gas passage is formed to have the same shape symmetrical to the oxidant gas passage 50 around the center line C that bisects the current collector plate 10. Further, the supply hole 71 and the discharge hole 72 of the fuel gas passage are also provided at positions that are line-symmetric with the supply hole 61 and the discharge hole 62 of the oxidant gas passage 50 with respect to the center line C, respectively. For this reason, when stacking the current collector plate 10 on the substrate 20, it is not necessary to distinguish between the stacked surface where the fuel gas passage is formed and the stacked surface where the oxidant gas passage 50 is formed in the current collector plate 10. Become.

また、集電板10の一端部において酸化剤ガス通路50の供給孔61及び排出孔62の間には、一部の集電板10の内部に形成される冷却水通路(図示略)に冷却水を供給するための供給孔81が形成されている。一方、集電板10の他端部において燃料ガス通路の供給孔71及び排出孔72の間には、上記冷却水通路から冷却水を排出するための排出孔82が形成されている。   Further, at one end of the current collector plate 10, a cooling water passage (not shown) formed inside a part of the current collector plate 10 is cooled between the supply hole 61 and the discharge hole 62 of the oxidant gas passage 50. A supply hole 81 for supplying water is formed. On the other hand, a discharge hole 82 for discharging cooling water from the cooling water passage is formed between the supply hole 71 and the discharge hole 72 of the fuel gas passage at the other end of the current collector plate 10.

図3に示すように、各集電板10の間には、基板20の外周に形成される各集電板10の隙間を埋めるようにして、絶縁材料からなるシール部材90が設けられている。このシール部材90には、集電板10に形成される上記各孔61,62,71,72,81,82とそれぞれ対応する位置に同形状の孔(図示略)が形成されている。そして、積層体32内には、これら集電板10及びシール部材90の各孔が集合することにより、その積層方向に沿って延びる複数のマニホルド60A,60B,70A,70B,80A,80Bが形成されている。   As shown in FIG. 3, a seal member 90 made of an insulating material is provided between the current collector plates 10 so as to fill the gaps between the current collector plates 10 formed on the outer periphery of the substrate 20. . In the seal member 90, holes (not shown) having the same shape are formed at positions corresponding to the holes 61, 62, 71, 72, 81, 82 formed in the current collector plate 10, respectively. In the stacked body 32, a plurality of manifolds 60A, 60B, 70A, 70B, 80A, and 80B extending along the stacking direction are formed by collecting the holes of the current collector plate 10 and the seal member 90. Has been.

即ち、積層体32の内部には、酸化剤ガスを酸化剤ガス通路50に分配供給するための供給マニホルド60Aと、同ガス通路50から酸化剤ガスが排出される排出マニホルド60Bとがそれぞれ形成されている。同様に、積層体32の内部には、燃料ガスを燃料ガス通路に分配供給するための供給マニホルド70Aと、同ガス通路から燃料ガスが排出される排出マニホルド70Bとがそれぞれ形成されている。   That is, a supply manifold 60A for distributing and supplying the oxidant gas to the oxidant gas passage 50 and a discharge manifold 60B for discharging the oxidant gas from the gas passage 50 are formed in the laminate 32, respectively. ing. Similarly, a supply manifold 70A for distributing and supplying the fuel gas to the fuel gas passage and an exhaust manifold 70B for discharging the fuel gas from the gas passage are formed in the stacked body 32, respectively.

前述したように、各排出孔62,72は各供給孔61,71よりも重力方向の下方側に位置しているため、これら各マニホルド60A,60B,70A,70Bのうち、各排出マニホルド60B,70Bは、各供給マニホルド60A,70Aよりも重力方向の下方側に配置されることとなる。このため、酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路の反応ガスに含まれる水分は、反応ガスの供給圧の他、重力の作用によってその下流側に速やかに移動し、各排出孔62,72から排出されるようになる。   As described above, since the discharge holes 62 and 72 are located below the supply holes 61 and 71 in the gravity direction, the discharge manifolds 60B, 60B, 70A, 70B among the manifolds 60A, 60B, 70A, 70B. 70B will be arranged below the supply manifolds 60A, 70A in the direction of gravity. For this reason, the moisture contained in the reaction gas in the oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage quickly moves to the downstream side by the action of gravity in addition to the supply pressure of the reaction gas, and is discharged from the discharge holes 62 and 72. Will come to be.

また、同じく積層体32の内部には、冷却水を冷却水通路に供給するための供給マニホルド80Aと、同冷却水通路から冷却水が排出される排出マニホルド80Bとがそれぞれ形成されている。   Similarly, a supply manifold 80A for supplying cooling water to the cooling water passage and a discharge manifold 80B for discharging the cooling water from the cooling water passage are formed in the laminated body 32, respectively.

これら各マニホルド60A,60B,70A,70B,80A,80Bの端部は一方の側板12により閉鎖されている。また、他方の側板12には、上記各供給マニホルド60A,70A,80Aに反応ガス或いは冷却水を供給するための入口126a,127a,128aが形成されるとともに、上記排出マニホルド60B,70B,80Bから反応ガス或いは冷却水を排出するための出口126b,127b,128bが形成されている。   The end portions of these manifolds 60A, 60B, 70A, 70B, 80A, 80B are closed by one side plate 12. The other side plate 12 is formed with inlets 126a, 127a, and 128a for supplying reaction gas or cooling water to the supply manifolds 60A, 70A, and 80A, and from the discharge manifolds 60B, 70B, and 80B. Outlets 126b, 127b, and 128b for discharging the reaction gas or the cooling water are formed.

本実施形態にかかる燃料電池30では、上記酸化剤ガス用の各マニホルド60A,60B、並びに燃料ガス用の各マニホルド70A,70Bの通路断面積がそれぞれ以下の関係を有して設定されている。   In the fuel cell 30 according to the present embodiment, the cross-sectional areas of the manifolds 60A and 60B for the oxidant gas and the manifolds 70A and 70B for the fuel gas are set so as to have the following relationships, respectively.

即ち、酸化剤ガス用の各マニホルド60A,60Bについては、排出マニホルド60Bの通路断面積SO1が供給マニホルド60Aの通路断面積SO2よりも大きく設定されている。また、燃料ガス用の各マニホルド70A,70Bについても同様に、排出マニホルド70Bの通路断面積SH1が供給マニホルド70Aの通路断面積SH2よりも大きく設定されている。   That is, for each of the manifolds 60A and 60B for the oxidant gas, the passage sectional area SO1 of the discharge manifold 60B is set larger than the passage sectional area SO2 of the supply manifold 60A. Similarly, the passage cross-sectional area SH1 of the discharge manifold 70B is set larger than the passage cross-sectional area SH2 of the supply manifold 70A in the manifolds 70A and 70B for fuel gas.

更に、こうした関係が満たされるように、上記各通路断面積SO1,SO2,SH1,SH2を実質的に決定する各供給孔61,71及び各排出孔62,72の各開口面積についても同様の関係が設定されている。即ち、酸化剤ガス通路50用の排出孔62の開口面積は供給孔61の開口面積よりも大きく設定され、また燃料ガス通路用の排出孔72の開口面積は供給孔71の開口面積よりも大きく設定されている。   Further, in order to satisfy such a relationship, the same relationship applies to the opening areas of the supply holes 61 and 71 and the discharge holes 62 and 72 that substantially determine the passage sectional areas SO1, SO2, SH1, and SH2. Is set. That is, the opening area of the discharge hole 62 for the oxidant gas passage 50 is set larger than the opening area of the supply hole 61, and the opening area of the discharge hole 72 for the fuel gas passage is larger than the opening area of the supply hole 71. Is set.

そして、このように各マニホルド60A,60B,70,70Bの各通路断面積並びに各供給孔61,71及び排出孔62,72の開口面積が設定されることにより、排出孔62,72やこれらが集合してなる排出マニホルド60B,70Bの絞り作用によるガス流れの規制が弱められるようになり、各ガス通路50から排出孔62,72側への反応ガスの排出が速やかに行われるようになる。   Then, the passage cross-sectional areas of the manifolds 60A, 60B, 70, 70B and the opening areas of the supply holes 61, 71 and the discharge holes 62, 72 are set in this way, so that the discharge holes 62, 72 and these The restriction of the gas flow due to the constriction action of the exhaust manifolds 60B and 70B formed together is weakened, and the reaction gas is quickly discharged from the gas passages 50 to the discharge holes 62 and 72.

図4は、各酸化剤ガス通路50における反応ガス(酸化剤ガス)の流量を示すグラフであり、実線は本実施形態における反応ガスの流量を、二点鎖線は供給マニホルド60A及び排出マニホルド60Bの通路断面積(供給孔61及び排出孔62の開口面積)を等しく設定するようにした比較例における反応ガスの流量をそれぞれ示している。   FIG. 4 is a graph showing the flow rate of the reaction gas (oxidant gas) in each oxidant gas passage 50. The solid line indicates the flow rate of the reaction gas in this embodiment, and the two-dot chain line indicates the supply manifold 60A and the discharge manifold 60B. The flow rates of the reaction gases in the comparative examples in which the passage cross-sectional areas (opening areas of the supply holes 61 and the discharge holes 62) are set to be equal are shown.

同図の二点鎖線に示されるように、上記比較例においては、供給マニホルド60Aの入口126aから離れた位置にあるガス通路50での反応ガス流量が大きく低下しており、反応ガスが各ガス通路50に偏って分配されていることが判る。このため、上記入口126aから離れた位置にあるセル31では所定の起電力を発生させることができなくなり、燃料電池全体の発電効率の低下も避けきれないものとなる。   As indicated by the two-dot chain line in the figure, in the above comparative example, the flow rate of the reaction gas in the gas passage 50 located far from the inlet 126a of the supply manifold 60A is greatly reduced, and the reaction gas is reduced to each gas. It can be seen that the distribution is biased toward the passage 50. For this reason, a predetermined electromotive force cannot be generated in the cell 31 located away from the inlet 126a, and a decrease in the power generation efficiency of the entire fuel cell cannot be avoided.

これに対して、本実施形態では、同図の実線に示されるように、供給マニホルド60Aの入口126aから離れた位置にあるガス通路50においても所定量以上の反応ガスが流れるようになり、各ガス通路50に対する反応ガスの分配の偏りが減少するようになる。こうした傾向は、燃料ガス通路が酸化剤ガス通路50とが同一の形状を有していることから同燃料ガス通路に関しても同様であり、この燃料ガス通路に対する反応ガス(燃料ガス)の分配の偏りも減少するようになる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown by the solid line in the figure, a predetermined amount or more of the reactive gas flows in the gas passage 50 located away from the inlet 126a of the supply manifold 60A. The distribution deviation of the reaction gas with respect to the gas passage 50 is reduced. This tendency is the same for the fuel gas passage because the fuel gas passage has the same shape as the oxidant gas passage 50, and the distribution of the reaction gas (fuel gas) in the fuel gas passage is uneven. Will also decrease.

本発明者の実験によれば、酸化剤ガス通路50の排出マニホルド60Bの通路断面積SO1と供給マニホルド60Aの通路断面積SO2との比(SO1/SO2)を
1.0<(SO1/SO2)<3.0 ・・・(式2−1)
より好ましくは、
1.3<(SO1/SO2)<2.0 ・・・(式2−2)
の範囲に設定し、また燃料ガス通路の排出マニホルド70Bの通路断面積SH1と供給マニホルド70Aの通路断面積SH2との比(SH1/SH2)を
1.0<(SH1/SH2)<3.0 ・・・(式3−1)
より好ましくは、
1.3<(SH1/SH2)<2.0 ・・・(式3−2)
の範囲に設定することにより、各酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路のそれぞれにおいて、一層良好な分配性が確保されることが確認されている。このため、本実施形態では、上記各通路断面積の比(SO1/SO2,SH1/SH2)を上記範囲の値である「1.5」に設定するようにしている。
According to the inventors' experiment, the ratio (SO1 / SO2) of the passage sectional area SO1 of the exhaust manifold 60B of the oxidant gas passage 50 to the passage sectional area SO2 of the supply manifold 60A is 1.0 <(SO1 / SO2). <3.0 (Formula 2-1)
More preferably,
1.3 <(SO1 / SO2) <2.0 (Formula 2-2)
And the ratio (SH1 / SH2) of the passage sectional area SH1 of the discharge manifold 70B of the fuel gas passage to the passage sectional area SH2 of the supply manifold 70A is 1.0 <(SH1 / SH2) <3.0. ... (Formula 3-1)
More preferably,
1.3 <(SH1 / SH2) <2.0 (Formula 3-2)
By setting to this range, it has been confirmed that better distribution is ensured in each of the oxidant gas passages 50 and the fuel gas passages. For this reason, in this embodiment, the ratio (SO1 / SO2, SH1 / SH2) of each of the passage cross-sectional areas is set to “1.5” which is a value in the above range.

以上説明したように本実施形態にかかる燃料電池30及びその集電板10によれば以下の作用効果を奏することができる。
(1)各排出マニホルド60B,70Bの通路断面積(各排出孔62,72の開口面積)SO1,SH1を各供給マニホルド60A,70Aの通路断面積(各供給孔61,71の開口面積)SO2,SH2よりも大きく設定することで、供給マニホルド60A,70Aの入り口126a,127aから離れた位置にあるガス通路にも所定量以上の反応ガスを流すことができ、各ガス通路に対する反応ガスの分配の偏りを減少させてその分配性の改善を図ることができるようになる。
As described above, according to the fuel cell 30 and the current collector plate 10 according to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) Passage cross-sectional areas of the discharge manifolds 60B and 70B (opening areas of the discharge holes 62 and 72) SO1 and SH1 are taken as passage cross-sectional areas of the supply manifolds 60A and 70A (opening areas of the supply holes 61 and 71) SO2. , SH2 can be set to be larger than a predetermined amount of gas in the gas passages located away from the inlets 126a, 127a of the supply manifolds 60A, 70A, and the reaction gas can be distributed to the gas passages. It is possible to improve the distribution by reducing the bias.

(2)特に、各排出マニホルド60B,70Bの通路断面積(各排出孔62,72の開口面積)SO1,SH1と各供給マニホルド60A,70Aの通路断面積(各供給孔61,71の開口面積)SO2,SH2との面積比(SO1/SO2,SH1/SH2)をそれぞれ、1.0<(SO1/SO2)<3.0、1.0<(SH1/SH2)<3.0の範囲に設定することで、上記(1)の作用効果を一層顕著なものとすることができる。   (2) In particular, the passage cross-sectional area of each discharge manifold 60B, 70B (open area of each discharge hole 62, 72) SO1, SH1 and the cross-sectional area of each supply manifold 60A, 70A (open area of each supply hole 61, 71) ) The area ratio (SO1 / SO2, SH1 / SH2) to SO2 and SH2 is in the range of 1.0 <(SO1 / SO2) <3.0 and 1.0 <(SH1 / SH2) <3.0, respectively. By setting, the effect (1) can be made more remarkable.

(3)酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路を集電板10の端部で折り返す形状とし、更にそれらの上流側部分50Aを複数の独立通路として形成するようにしたことで、各ガス通路内における反応ガスの流速を増大させることができ、ガス利用率を高めて発電効率の向上を図ることができるようになる。また、各ガス通路において排出孔62,72近傍の部分を格子状の通路としているため、排水性を向上させることができる。しかも、排出孔62,72の開口面積が相対的に大きく設定されているため、ガス通路内の水分を同排出孔62,72から速やかに排出させることができ、排水性の更なる向上を図ることができるようになる。   (3) The oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage are shaped so as to be folded back at the end of the current collector plate 10, and their upstream portions 50A are formed as a plurality of independent passages. It is possible to increase the flow rate of the reaction gas at, and to improve the power generation efficiency by increasing the gas utilization rate. In addition, since the portions near the discharge holes 62 and 72 in each gas passage are grid-like passages, drainage can be improved. And since the opening area of the discharge holes 62 and 72 is set relatively large, the water | moisture content in a gas channel can be discharged | emitted from the discharge holes 62 and 72 rapidly, and further drainage property is aimed at. Will be able to.

(4)酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路を集電板10の端部で折り返す形状とし、その折り返し部分50Bよりも下流側に位置する下流側部分50Cの各独立通路の総通路断面積SG1を上流側部分50Aの各独立通路の総通路断面積SG2よりも小さく設定することで、同下流側部分50Cにおけるガス流速を部分的に高めてガス濃度の低下を抑えることができ、同下流側部分50Cにおける発電効率を向上させることができるようになる。加えて、こうしたガス流速の増大により、水分が滞留しやすい下流側部分50Cにおける排水性を高めることができるようにもなる。   (4) The oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage are folded back at the end of the current collector plate 10, and the total passage sectional area SG1 of each independent passage of the downstream portion 50C located downstream of the folded portion 50B. Is set to be smaller than the total passage cross-sectional area SG2 of each independent passage of the upstream portion 50A, the gas flow rate in the downstream portion 50C can be partially increased to suppress a decrease in gas concentration. The power generation efficiency in the portion 50C can be improved. In addition, the increase in the gas flow rate can improve the drainage performance in the downstream portion 50C where moisture tends to stay.

(5)特に、上記下流側部分50C及び上流側部分50Aの各総通路断面積SG1,SG2の比(SG1/SG2)を0.3<(SG1/SG2)<1.0の範囲に設定することにより、圧力損失の増大を極力抑えながら、各ガス通路の上流側部分50Aにおける発電効率の低下と下流側部分50Cにおける発電効率の増大とを好適にバランスさせることができる。   (5) In particular, the ratio (SG1 / SG2) of the total passage cross-sectional areas SG1 and SG2 of the downstream portion 50C and the upstream portion 50A is set in a range of 0.3 <(SG1 / SG2) <1.0. Accordingly, it is possible to suitably balance the decrease in power generation efficiency in the upstream portion 50A of each gas passage and the increase in power generation efficiency in the downstream portion 50C while suppressing an increase in pressure loss as much as possible.

(6)酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路を集電板10を二等分割する中心線C回りに対称的な同一の形状を有して形成するとともに、酸化剤ガス通路50の供給孔61及び排出孔62と燃料ガス通路の供給孔71及び排出孔72とを上記中心線Cに関してそれぞれ線対称となる位置に設けるようにした。このため、集電板10を基板20に積層するに際し、同集電板10において酸化剤ガス通路50の形成された積層面と燃料ガス通路の形成された積層面とを判別する作業が不要になり、その作業性の向上を図ることができるようになる。   (6) The oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage are formed to have the same symmetrical shape around the center line C that bisects the current collector plate 10, and the supply hole 61 of the oxidant gas passage 50 is formed. Further, the discharge hole 62 and the supply hole 71 and the discharge hole 72 of the fuel gas passage are provided at positions that are line-symmetric with respect to the center line C, respectively. Therefore, when stacking the current collector plate 10 on the substrate 20, there is no need to discriminate between the stack surface on which the oxidant gas passage 50 is formed and the stack surface on which the fuel gas passage is formed on the current collector plate 10. Thus, the workability can be improved.

(7)また、積層体32の積層方向を重力方向と垂直な方向に設定するようにしたため、ガス通路50において排出孔62,72近傍の格子状の通路においては、重力方向の下方側に水分が移動可能になる。従って、少なくとも重力方向の上方側の部分において確実に反応ガスの流路を確保することができ、水分による通路の閉塞に起因した発電効率の低下を効果的に抑制することができるようになる。   (7) Further, since the stacking direction of the stacked body 32 is set to a direction perpendicular to the gravity direction, in the lattice-shaped passages in the vicinity of the discharge holes 62 and 72 in the gas passage 50, moisture is placed below the gravity direction. Becomes movable. Accordingly, it is possible to reliably ensure the flow path of the reaction gas at least in the upper portion in the direction of gravity, and to effectively suppress the decrease in power generation efficiency due to the blockage of the passage due to moisture.

(8)更に、各マニホルド60A,60B,70A,70Bのうち、各排出マニホルド60B,70Bは、各供給マニホルド60A,70Aよりも重力方向の下方側に配置するようにしたため、各ガス通路50の反応ガスに含まれる水分を、反応ガスの供給圧の他、重力の作用によってその下流側に速やかに移動させて各排出孔62,72から排出することができ、その排水性を向上させることができる。   (8) Further, among the manifolds 60A, 60B, 70A, 70B, the discharge manifolds 60B, 70B are arranged below the supply manifolds 60A, 70A in the direction of gravity. Moisture contained in the reaction gas can be quickly discharged to the downstream side by the action of gravity in addition to the supply pressure of the reaction gas and discharged from the discharge holes 62 and 72, thereby improving its drainage. it can.

尚、上記実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路の各マニホルド60A,60B,70A,70Bの通路断面積(各供給孔61,71及び各排出孔62,72の開口面積)に関して上記関係式(式2−1),(式2−2),(式3−1),(式3−2)がそれぞれ成立するように設定するようにしたが、例えば、これら酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路のうち、いずれか一方の通路に対応する各マニホルドの通路断面積(供給孔及び排出孔の開口面積)について上記関係を設定するようにしてもよい。
In addition, the said embodiment can also be implemented by changing a structure as follows.
In the above-described embodiment, the relation described above with respect to the cross-sectional areas of the manifolds 60A, 60B, 70A, 70B of the oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage (opening areas of the supply holes 61, 71 and the discharge holes 62, 72). The equations (Equation 2-1), (Equation 2-2), (Equation 3-1), and (Equation 3-2) are set so as to hold, respectively. You may make it set the said relationship about the passage cross-sectional area (opening area of a supply hole and a discharge hole) of each manifold corresponding to any one path | route among fuel gas paths.

・上記実施形態では、酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路の双方において、上記関係式(式1)が成立するように、上流側部分50A及び下流側部分50Cの各総通路断面積SG1,SG2を設定するようにしたが、これら酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路のうち、いずれか一方の通路の通路断面積に関して上記関係を設定するようにしてもよい。   In the above embodiment, the total passage cross-sectional areas SG1, SG2 of the upstream portion 50A and the downstream portion 50C so that the relational expression (Formula 1) is established in both the oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage. However, the above relationship may be set for the cross-sectional area of one of the oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage.

・上記実施形態では、集電板10を酸化剤ガス通路50及び燃料ガス通路の双方が形成されるものとして説明したが、同集電板10は、これら各通路のうちのいずれか一方のみが形成されるものであってもよい。   In the above embodiment, the current collector plate 10 has been described as being formed with both the oxidant gas passage 50 and the fuel gas passage. However, the current collector plate 10 has only one of these passages. It may be formed.

本実施形態にかかる燃料電池に用いられる集電板の平面図。The top view of the current collection board used for the fuel cell concerning this embodiment. 同燃料電池のセルの分解斜視図。The disassembled perspective view of the cell of the fuel cell. 同燃料電池の斜視図。The perspective view of the fuel cell. 酸化剤ガス通路おける反応ガスの流量と供給マニホルド入り口からの距離との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the flow volume of the reactive gas in an oxidant gas passage, and the distance from a supply manifold entrance.

符号の説明Explanation of symbols

10…集電板、12…側板、20…基板、22…電解質膜、24…反応電極、30…燃料電池、31…セル、32…積層体、50…酸化剤ガス通路、50A…上流側部分、50B…折り返し部分、50C…下流側部分、51…平行溝、52…格子溝、53…平行溝、54…格子溝、61,71…供給孔、62,72…排出孔、60A,70A…供給マニホルド、60B,70B…排出マニホルド、126a,127a…入口、126b,127b…出口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Current collecting plate, 12 ... Side plate, 20 ... Substrate, 22 ... Electrolyte membrane, 24 ... Reaction electrode, 30 ... Fuel cell, 31 ... Cell, 32 ... Laminate, 50 ... Oxidant gas passage, 50A ... Upstream part , 50B ... folded portion, 50C ... downstream portion, 51 ... parallel groove, 52 ... lattice groove, 53 ... parallel groove, 54 ... lattice groove, 61, 71 ... supply hole, 62, 72 ... discharge hole, 60A, 70A ... Supply manifold, 60B, 70B ... discharge manifold, 126a, 127a ... inlet, 126b, 127b ... outlet.

Claims (16)

反応電極が設けられた電解質膜に積層される積層面に反応ガスの流れるガス通路が形成されるとともに、そのガス通路に反応ガスを分配供給するための供給マニホルド形成用の供給孔と同ガス通路の反応ガスを排出するための排出マニホルド形成用の排出孔とがそれぞれ形成される燃料電池の集電板において、
前記ガス通路は集電板の端部で折り返す形状を有し、前記排出孔の前記集電板における開口面積SA1が前記供給孔の前記集電板における開口面積SA2よりも大きく設定されるとともに、折り返し部分より下流側の通路断面積SA3が同折り返し部分より上流側の通路断面積SA4よりも小さく設定されてなる
ことを特徴とする燃料電池の集電板。
A gas passage through which a reaction gas flows is formed on the laminated surface laminated on the electrolyte membrane provided with the reaction electrode, and the same gas passage as the supply hole for forming a supply manifold for distributing and supplying the reaction gas to the gas passage In the current collector plate of the fuel cell, each of which has a discharge manifold forming discharge hole for discharging the reaction gas of
The gas passage has a shape folded at the end of the current collector plate, and the opening area SA1 of the discharge hole in the current collector plate is set larger than the opening area SA2 of the supply hole in the current collector plate, A current collector plate for a fuel cell, characterized in that a passage cross-sectional area SA3 downstream of the folded portion is set smaller than a passage cross-sectional area SA4 upstream of the folded portion.
集電板は矩形状をなし、前記供給孔及び前記排出孔は集電板の一端部に形成されるとともに、その一端部において前記供給孔及び前記排出孔の間には冷却水が通過する冷却水孔が形成されてなる
請求項1記載の燃料電池の集電板。
The current collector plate has a rectangular shape, and the supply hole and the discharge hole are formed at one end of the current collector plate, and cooling water passes between the supply hole and the discharge hole at one end thereof. The current collector plate for a fuel cell according to claim 1, wherein water holes are formed.
前記上流側の通路における集電板の端部側の側面の延長上に前記供給孔における前記冷却水孔と反対側の内面が形成されるとともに、同上流側の通路における集電板の端部と反対側の側面の延長上に前記冷却水孔における前記供給孔と反対側の内面が形成されてなる
請求項2記載の燃料電池の集電板。
An inner surface of the supply hole opposite to the cooling water hole is formed on an extension of a side surface of the current collector plate in the upstream passage, and an end portion of the current collector plate in the upstream passage is formed. The current collector plate for a fuel cell according to claim 2, wherein an inner surface of the cooling water hole opposite to the supply hole is formed on an extension of a side surface opposite to the cooling water hole.
前記供給孔及び前記排出孔の断面形状が長方形に形成されるとともに、前記供給孔及び前記排出孔の形成される集電板の前記一端部側の辺に対して垂直となる同供給孔及び同排出孔の辺の長さが互いに等しい
請求項3記載の燃料電池の集電板。
The supply hole and the discharge hole are formed in a rectangular cross section, and the supply hole and the discharge hole are perpendicular to the side of the current collector plate where the supply hole and the discharge hole are formed. The current collecting plate of a fuel cell according to claim 3, wherein the lengths of the sides of the discharge holes are equal to each other.
前記排出孔及び前記供給孔の各開口面積SA1,SA2の比(SA1/SA2)が1.0<(SA1/SA2)<3.0の範囲に設定される
請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池の集電板。
The ratio (SA1 / SA2) of the opening areas SA1 and SA2 of the discharge hole and the supply hole is set in a range of 1.0 <(SA1 / SA2) <3.0. The collector plate of the fuel cell as described.
前記排出孔近傍の部分が格子状の通路として形成されるとともに、それ以外の部分の少なくとも一部が複数の独立した通路として形成される
請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池の集電板。
6. The fuel cell assembly according to claim 1, wherein a portion in the vicinity of the discharge hole is formed as a lattice-shaped passage, and at least a part of the other portion is formed as a plurality of independent passages. Electric board.
前記ガス通路の下流側通路断面積SA3と前記上流側通路断面積SA4との比(SA3/SA4)が0.3<(SA3/SA4)<1.0の範囲に設定される
請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池の集電板。
The ratio (SA3 / SA4) between the downstream-side passage sectional area SA3 and the upstream-side passage sectional area SA4 of the gas passage is set in a range of 0.3 <(SA3 / SA4) <1.0. The current collector plate of the fuel cell according to any one of 6.
前記電解質膜に積層される両側の積層面の一方には燃料ガス通路が、他方には酸化剤ガス通路がそれぞれ前記ガス通路として形成されるとともに、前記供給孔としての燃料ガス供給孔及び酸化剤ガス供給孔並びに前記排出孔としての燃料ガス排出孔及び酸化剤ガス排出孔がそれぞれ形成され、前記冷却水孔としての冷却水供給孔及び冷却水排出孔がそれぞれ形成され、前記燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路は集電板の二等分割線回りに対称的な形状を有し、且つ前記燃料ガス供給孔及び前記酸化剤ガス供給孔、前記燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガス排出孔、並びに前記冷却水供給孔及び前記冷却水排出孔がそれぞれ前記二等分割線について対称的な位置に形成されてなる
請求項2乃至7のいずれかに記載の燃料電池の集電板。
A fuel gas passage is formed on one of the laminated surfaces on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas passage is formed on the other as the gas passage. The fuel gas supply hole and the oxidant serve as the supply hole. A gas supply hole and a fuel gas discharge hole and an oxidant gas discharge hole as the discharge hole are formed, respectively, and a cooling water supply hole and a cooling water discharge hole as the cooling water hole are formed, respectively, The agent gas passage has a symmetrical shape around the bisector of the current collector plate, and the fuel gas supply hole and the oxidant gas supply hole, the fuel gas discharge hole and the oxidant gas discharge hole, and The current collector plate for a fuel cell according to any one of claims 2 to 7, wherein the cooling water supply hole and the cooling water discharge hole are respectively formed at symmetrical positions with respect to the bisector.
反応電極が設けられた電解質膜と集電板とが複数積層されてなる積層体を備え、同積層体の内部に、前記電解質膜及び前記集電板間に形成された各ガス通路に反応ガスを分配供給する供給マニホルドと同ガス通路の反応ガスが排出される排出マニホルドとが同積層体の積層方向に沿って形成される燃料電池において、
前記ガス通路は、前記電解質膜が積層される前記集電板の積層面に同集電板の端部で折り返す形状を有して形成され、前記排出マニホルドの通路断面積SB1が前記供給マニホルドの通路断面積SB2よりも大きく設定されるとともに、折り返し部分より下流側の通路断面積SB3が同折り返し部分より上流側の通路断面積SB4よりも小さく設定されてなる
ことを特徴とする燃料電池。
A laminated body in which a plurality of electrolyte membranes and current collecting plates provided with reaction electrodes are laminated, and a reactive gas is provided in each gas passage formed between the electrolyte membrane and the current collecting plates inside the laminated body. In a fuel cell in which a supply manifold for distributing and supplying and a discharge manifold for discharging reaction gas in the same gas passage are formed along the stacking direction of the same stack,
The gas passage is formed to have a shape that is folded at an end portion of the current collector plate on the stack surface of the current collector plate on which the electrolyte membrane is laminated, and a passage cross-sectional area SB1 of the discharge manifold is formed of the supply manifold. A fuel cell, characterized in that it is set larger than the passage cross-sectional area SB2, and the passage cross-sectional area SB3 downstream from the folded portion is set smaller than the passage cross-sectional area SB4 upstream from the folded portion.
集電板は矩形状をなし、前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドは集電板の一端部に形成されるとともに、その一端部において前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの間には冷却水が通過する冷却水マニホルドが形成されてなる
請求項9記載の燃料電池。
The current collector plate has a rectangular shape, and the supply manifold and the discharge manifold are formed at one end of the current collector plate, and cooling water passes between the supply manifold and the discharge manifold at one end thereof. The fuel cell according to claim 9, wherein a water manifold is formed.
前記上流側の通路における集電板の端部側の側面の延長上に前記供給マニホルドにおける前記冷却水マニホルドと反対側の内面が形成されるとともに、同上流側の通路における集電板の端部と反対側の側面の延長上に前記冷却水マニホルドにおける前記供給マニホルドと反対側の内面が形成されてなる
請求項10記載の燃料電池。
An inner surface of the supply manifold opposite to the cooling water manifold is formed on an extension of a side surface of the current collector plate in the upstream passage, and an end portion of the current collector plate in the upstream passage is formed. The fuel cell according to claim 10, wherein an inner surface of the cooling water manifold opposite to the supply manifold is formed on an extension of a side surface opposite to the cooling water manifold.
前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの断面形状が長方形に形成されるとともに、前記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの形成される集電板の前記一端部側の辺に対して垂直となる同供給マニホルド及び同排出マニホルドの辺の長さが互いに等しい
請求項11記載の燃料電池。
The supply manifold and the discharge manifold have a rectangular cross-sectional shape, and the supply manifold and the discharge manifold are perpendicular to the one end side of the current collector plate on which the supply manifold and the discharge manifold are formed. The fuel cell according to claim 11, wherein the lengths of the sides of the discharge manifold are equal to each other.
各マニホルドの通路断面積SB1,SB2の比(SB1/SB2)が1.0<(SB1/SB2)<3.0の範囲に設定される
請求項9乃至12のいずれかに記載の燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 9 to 12, wherein a ratio (SB1 / SB2) of passage cross-sectional areas SB1 and SB2 of each manifold is set in a range of 1.0 <(SB1 / SB2) <3.0.
前記排出マニホルドとの連通部分の近傍が格子状の通路として形成されるとともに、それ以外の部分の少なくとも一部が複数の独立した通路として形成される
請求項9乃至13のいずれかに記載の燃料電池。
The fuel according to any one of claims 9 to 13, wherein the vicinity of the communicating portion with the exhaust manifold is formed as a lattice-shaped passage, and at least a part of the other portion is formed as a plurality of independent passages. battery.
前記積層体は前記電解質膜及び前記集電板が重力方向と垂直な方向に複数積層されてなる
請求項14に記載の燃料電池。
The fuel cell according to claim 14, wherein the stacked body is formed by stacking a plurality of the electrolyte membranes and the current collector plates in a direction perpendicular to a gravitational direction.
前記ガス通路の下流側通路断面積SA3と前記上流側通路断面積SB4との比(SB3/SB4)が0.3<(SB3/SB4)<1.0の範囲に設定される
請求項9乃至15のいずれかに記載の燃料電池。
The ratio (SB3 / SB4) between the downstream-side passage sectional area SA3 and the upstream-side passage sectional area SB4 of the gas passage is set in a range of 0.3 <(SB3 / SB4) <1.0. 15. The fuel cell according to any one of 15.
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