JP2006024465A - Fuel cell - Google Patents

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fuel
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Akihiko Fukunaga
明彦 福永
Satoru Hikita
覚 引田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell, of which, adhesiveness and compliance of a gasket to an MEA is improved, keeping airtightness of a gas flow passage and a cooling water flow passage well for a long period. <P>SOLUTION: On the fuel cell comprising an electrolyte film, a film-electrode assembly 501 having an anode side electrode and a cathode side electrode arranged so as to interpose the electrolyte film, and separators interposing and holding the film-electrode assembly 501, the separator has a fuel gas plate 101 as a plate-shaped member having a fuel gas flow passage on a face opposing the anode side electrode, and an oxidant gas plate 201 as a plate-shaped member having an oxidant gas flow passage on a face opposing the cathode side electrode. A face of the fuel gas plate 101 at the opposite side of the face facing the anode side electrode is superposed on a face of the oxidant gas plate 201 at the opposite side of the face facing the cathode side electrode through an O-ring-shaped gasket 401, and the film-electrode assembly is interposed between and held by the separators through sheet-shaped sealing members 402. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電解質膜の両面にアノード側電極とカソード側電極とを配したMEA(膜電極集合体)をセパレータで挟持した燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which an MEA (membrane electrode assembly) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators.

燃料電池の基本的な構造は、例えば、固体電解質膜の両側に電極機能を有するガス拡散層が形成されたMEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極集合体)を、ガスなどが流通する流路が設けられたセパレータで挟んだ構造とされる。実用的にはMEAとセパレータを交互に複数枚重ね合わせた燃料電池スタックが用いられる。   The basic structure of a fuel cell is, for example, a MEA (Membrane Electrode Assembly) in which gas diffusion layers having electrode functions are formed on both sides of a solid electrolyte membrane, and a flow path through which gas or the like flows is provided. The structure is sandwiched between the separators. Practically, a fuel cell stack in which a plurality of MEAs and separators are alternately stacked is used.

燃料電池は電気とともに熱を発生させるので、安定した発電を維持するためには、冷却水等の冷却媒体を用いてスタック内を冷却して、単位燃料電池セルを均一な温度分布とする必要がある。このために、燃料電池スタック内には冷却媒体が流れる流路が設けられる。このような燃料電池スタックの構造については、例えば特許文献1に開示される。
特開2001−52723号公報
Since fuel cells generate heat together with electricity, in order to maintain stable power generation, it is necessary to cool the inside of the stack using a cooling medium such as cooling water so that the unit fuel cells have a uniform temperature distribution. is there. For this purpose, a flow path through which a cooling medium flows is provided in the fuel cell stack. Such a structure of the fuel cell stack is disclosed in Patent Document 1, for example.
JP 2001-52723 A

MEAとセパレータとの間はガスケットによりシールされる。MEAを形成する固体高分子膜は、経時的に変形するので、ガスケットのMEAへの接着性及び追従性が悪いと、MEAとセパレータとの間でガスリークが発生し電池性能低下の要因となる場合がある。   A gap between the MEA and the separator is sealed with a gasket. The solid polymer film that forms the MEA deforms over time, so if the adhesion and followability of the gasket to the MEA are poor, a gas leak will occur between the MEA and the separator, causing a decrease in battery performance. There is.

従来このガスケットにOリング状ガスケットなどが用いられていたが、ガスケットのMEAへの接着性及び追従性において、さらなる改善が望まれていた。   Conventionally, an O-ring gasket or the like has been used for this gasket, but further improvement has been desired in the adhesion and followability of the gasket to the MEA.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ガスケットのMEAへの接着性及び追従性を向上させ、ガス流路の気密性および冷却水流路の気密性を長期間にわたって良好にすることができ、もって燃料電池性能の低下を防止することのできる燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the adhesion and followability of the gasket to the MEA, and improves the gas channel airtightness and the cooling water channel airtightness over a long period of time. Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can prevent deterioration of fuel cell performance.

本発明により、電解質膜と、電解質膜を挟んで配されるアノード側電極およびカソード側電極とを有する膜電極集合体、ならびに、膜電極集合体を挟持するセパレータを有する燃料電池において、
該セパレータが、アノード側電極に対向する面に燃料ガス流路が設けられた板状部材である燃料ガスプレートと、カソード側電極に対向する面に酸化剤ガス流路が設けられた板状部材である酸化剤ガスプレートとを備え、
燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面と、酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面とがOリング状ガスケットを介して重ね合わされ、
膜電極集合体が、シート状シール部材を介してセパレータに挟持される
ことを特徴とする燃料電池が提供される。
According to the present invention, in a fuel cell having an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly having an anode side electrode and a cathode side electrode arranged across the electrolyte membrane, and a separator sandwiching the membrane electrode assembly,
The separator is a plate member having a fuel gas channel provided on the surface facing the anode side electrode, and a plate member having an oxidant gas channel provided on the surface facing the cathode side electrode And an oxidant gas plate
The surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate and the surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate are overlapped via an O-ring gasket,
A fuel cell is provided in which a membrane electrode assembly is sandwiched between separators via a sheet-like seal member.

上記燃料電池において、前記シート状シール部材が、オレフィン樹脂、エチレンプロピレンゴム、フッ素樹脂またはフッ素ゴムからなることが好ましい。   In the fuel cell, the sheet-like seal member is preferably made of olefin resin, ethylene propylene rubber, fluororesin or fluororubber.

上記燃料電池において、前記Oリング状ガスケットが、シリコーン樹脂またはシリコーンゴムからなることが好ましい。   In the fuel cell, the O-ring gasket is preferably made of a silicone resin or a silicone rubber.

上記燃料電池において、燃料ガス流路の入口が、燃料ガス流路の出口より鉛直上方にあり、
酸化剤ガス流路の入口が、酸化剤ガス流路の出口より鉛直上方にあり
燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のそれぞれにおいて、鉛直上方に向かう部分の流路長がそれぞれのガス流路の全流路長の50%未満である
ことが好ましい。
In the fuel cell, the inlet of the fuel gas channel is vertically above the outlet of the fuel gas channel,
The inlet of the oxidant gas channel is vertically above the outlet of the oxidant gas channel, and in each of the fuel gas channel and the oxidant gas channel, the channel length of the part directed vertically upward is the respective gas channel. It is preferably less than 50% of the total flow path length.

上記燃料電池において、前記燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面および前記酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面のうちの少なくとも一方に、冷却媒体流路が形成されることができる。   In the fuel cell, at least one of a surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate and a surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate, A cooling medium flow path can be formed.

上記燃料電池において、前記燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが、互いに並行および/または対向して配され、かつ、
前記冷却媒体流路が、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に対して直交することが好ましい。
In the fuel cell, the fuel gas channel and the oxidant gas channel are arranged in parallel and / or opposite to each other, and
The cooling medium flow path is preferably orthogonal to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path.

上記冷却媒体流路が形成された燃料電池において、燃料ガスプレートには燃料ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて燃料ガス流路入口貫通孔および燃料ガス流路出口貫通孔とされ、
酸化剤ガスプレートには酸化剤ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて酸化剤ガス流路入口貫通孔および酸化剤ガス流路出口貫通孔とされ、
これら貫通孔とは別に、燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に燃料ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて燃料ガス供給連通孔および燃料ガス排出連通孔とされ、かつ、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に酸化剤ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて酸化剤ガス供給連通孔および酸化剤ガス排出連通孔とされ、
燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面に、燃料ガス流路入口貫通孔と燃料ガス供給連通孔とを連通させる流路および燃料ガス流路出口貫通孔と燃料ガス排出連通孔とを連通させる流路が形成され、
酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面に、酸化剤ガス流路入口貫通孔と酸化剤ガス供給連通孔とを連通させる流路および酸化剤ガス流路出口貫通孔と酸化剤ガス排出連通孔とを連通させる流路が形成され、
燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に冷却媒体を給排させるための一対の連通孔が、冷却媒体流路の両端に設けられて冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔とされ
ることができる。
In the fuel cell in which the cooling medium flow path is formed, the fuel gas plate has through holes at the inlet end and the outlet end of the fuel gas flow path, respectively, and the fuel gas flow path inlet through hole and the fuel gas flow path outlet pass through. A hole,
The oxidant gas plate is provided with through holes at the inlet end and the outlet end of the oxidant gas flow path to form an oxidant gas flow path inlet through hole and an oxidant gas flow path outlet through hole,
Separately from these through holes, the fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging fuel gas in the thickness direction through both gas plates, and the fuel gas supply communication holes and A pair of communication holes for supplying and discharging the oxidant gas in the thickness direction through the gas plates are provided as fuel gas discharge communication holes, and the oxidant gas supply communication hole and the oxidant gas discharge communication are provided. A hole,
On the surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate, the fuel gas channel inlet through hole and the fuel gas supply communication hole communicate with each other, the fuel gas channel outlet through hole, and the fuel gas discharge. A flow path communicating with the communication hole is formed,
A channel for connecting the oxidant gas flow channel inlet through hole and the oxidant gas supply communication hole to the surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate and the oxidant gas flow channel outlet through hole And a flow path that connects the oxidant gas discharge communication hole,
The fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging the cooling medium in the thickness direction through the gas plates at both ends of the cooling medium flow path. And a cooling medium discharge communication hole.

この燃料電池において、それぞれの貫通孔と、対応する連通孔とを連通させる流路の流路断面積が、
連通孔から貫通孔に向かう方向に、小さくなることが好ましい。
In this fuel cell, the flow path cross-sectional area of the flow path that communicates each through hole and the corresponding communication hole,
It is preferable to decrease in the direction from the communication hole toward the through hole.

上記燃料電池において、セパレータが鉛直方向に沿って設けられることが好ましい。   In the fuel cell, the separator is preferably provided along the vertical direction.

この燃料電池において、前記冷却媒体供給連通孔の鉛直方向の最大寸法および冷却媒体排出連通孔の鉛直方向の最大寸法がいずれも、アノード側電極およびカソード側電極の鉛直方向の最大寸法の80%以上であることが好ましい。   In this fuel cell, the maximum vertical dimension of the cooling medium supply communication hole and the maximum vertical dimension of the cooling medium discharge communication hole are both 80% or more of the maximum vertical dimension of the anode side electrode and the cathode side electrode. It is preferable that

本発明によれば、ガスケットのMEAへの接着性及び追従性を向上させ、ガス流路の気密性および冷却水流路の気密性を長期間にわたって良好にすることができ、もって燃料電池性能の低下を防止することのできる燃料電池スタックが提供される。   According to the present invention, the adhesion and followability of the gasket to the MEA can be improved, and the gas channel airtightness and the cooling water channel airtightness can be improved over a long period of time. A fuel cell stack capable of preventing the above is provided.

本発明では、セパレータとMEAの間のシールに、シート状のシール部材を用いる。シート状シール部材の材料としては、MEAとの密着性が高く、MEAの経年変化への追従性が高い材料、例えば、オレフィン樹脂特には加熱硬化型オレフィン樹脂;エチレンプロピレンゴム(EPDM);フッ素樹脂もしくはフッ素ゴム;シリコーン樹脂もしくはシリコーンゴムを用いることができる。また、これらの材料には適宜炭化珪素粉末および/またはカーボンブラックが混合されていてもよい。これらの材料からなるシートに、電極を収容するための開口や、ガスを流通させるための孔などを適宜設け、シート状シール部材を得ることができる。   In the present invention, a sheet-like seal member is used for the seal between the separator and the MEA. As a material for the sheet-like sealing member, a material having high adhesion to the MEA and a high follow-up to the aging of the MEA, such as an olefin resin, particularly a thermosetting olefin resin; an ethylene propylene rubber (EPDM); a fluororesin Alternatively, fluororubber; silicone resin or silicone rubber can be used. These materials may be mixed with silicon carbide powder and / or carbon black as appropriate. A sheet-shaped sealing member can be obtained by appropriately providing an opening for accommodating an electrode, a hole for circulating gas, and the like in a sheet made of these materials.

MEAへの接着性及び追従性に加えて、耐熱性、成型性、クリープ特性、ガスバリア性、耐酸性、耐酸化性などの物性、原料コストや加硫工程の処理温度などの経済性を勘案してシート状シール部材の材料を選定することが好ましい。シリコーン系シール部材は、耐熱性や成型性、クリープ特性に優れる。また、フッ素系シール部材は上述の物性において非常に優れる。EPDMは比較的バランスの良い特性を示す。オレフィン樹脂系シールシール部材は、耐酸化性、ガスバリア性に優れている。シート状シール部材の使用環境への耐性の観点から、フッ素樹脂もしくはフッ素ゴム、EPDM、オレフィン樹脂特には加熱硬化型オレフィン樹脂が好ましい。また、シート状シール部材の厚さは、拡散層の厚さにもよるが、好ましくは、0.1mm以上0.4mm以下程度である。   In addition to adhesion to MEA and followability, it takes into account economic properties such as heat resistance, moldability, creep characteristics, gas barrier properties, acid resistance, oxidation resistance, raw material costs and vulcanization process temperature. It is preferable to select a material for the sheet-like sealing member. Silicone-based seal members are excellent in heat resistance, moldability, and creep characteristics. In addition, the fluorine-based seal member is very excellent in the above-described physical properties. EPDM exhibits a relatively well-balanced characteristic. The olefin resin seal seal member is excellent in oxidation resistance and gas barrier properties. From the viewpoint of resistance to the use environment of the sheet-like sealing member, a fluororesin or fluororubber, EPDM, an olefin resin, particularly a thermosetting olefin resin is preferable. The thickness of the sheet-like sealing member is preferably about 0.1 mm to 0.4 mm, although it depends on the thickness of the diffusion layer.

本発明では、二枚の板状部材(燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレート)をOリング状ガスケットを介して重ね合わせた構造を有するセパレータを用いる。燃料ガスプレートと酸化剤ガスプレートとの間のシールについては、MEAへの接着性及び追従性を考慮する必要がなく、Oリング状ガスケットは、取り扱いが容易で燃料電池を組み立てる際の作業性が良好になり、量産化に好適だからである。   In the present invention, a separator having a structure in which two plate members (a fuel gas plate and an oxidant gas plate) are overlapped via an O-ring gasket is used. As for the seal between the fuel gas plate and the oxidant gas plate, there is no need to consider the adhesion and followability to the MEA, and the O-ring gasket is easy to handle and has the workability when assembling the fuel cell. This is because it is favorable and suitable for mass production.

Oリング状ガスケットに、上記シート状シール部材と同様の材料を用いることができるが、実用上、経済性の観点からシリコーン樹脂またはシリコーンゴムが好ましい。   The same material as that of the sheet-shaped sealing member can be used for the O-ring gasket, but a silicone resin or a silicone rubber is preferable from the viewpoint of economy in practical use.

また、シート状シール部材とMEAの接着性を高めるために、シート状シール部材とMEAとを接着剤を用いて接着することができる。接着剤としては、例えば、水溶系もしくは有機溶剤系のフッ素系樹脂ディスパージョンPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、または水溶系もしくは有機溶剤系のフッ素系樹脂ディスパージョンFEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)等を用いることができる。接着性の観点から、これらの粒子固形物含有量を10質量%以上50質量%以下の範囲とすることが好ましい。あるいは、接着剤としてセルロース系材料を用いることもでき、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、または、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等のセルロース類を、水または有機溶剤に溶解した溶液を用いることができる。溶液中のセルロース類の濃度は接着性の観点から2質量%以上20質量%以下が好ましい。   Moreover, in order to improve the adhesiveness of a sheet-like sealing member and MEA, a sheet-like sealing member and MEA can be adhere | attached using an adhesive agent. Examples of the adhesive include water-based or organic solvent-based fluororesin dispersion PTFE (polytetrafluoroethylene), or water-based or organic solvent-based fluororesin dispersion FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer). Polymer) and the like. From the viewpoint of adhesiveness, the content of these solid particles is preferably in the range of 10% by mass to 50% by mass. Alternatively, a cellulose-based material can be used as the adhesive, and for example, a solution obtained by dissolving cellulose such as hydroxypropylcellulose, methylcellulose, or hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose in water or an organic solvent can be used. . The concentration of celluloses in the solution is preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less from the viewpoint of adhesiveness.

以下図面を用いて本発明の燃料電池の一形態につき詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of the fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

セパレータは、燃料電池の運転に際して、生成水の排水容易性の観点から縦置きとされることが好ましい。つまり、セパレータは鉛直方向に沿って配されること、換言すれば、セパレータの厚さ方向は水平とされることが好ましい。さらに、燃料ガスおよび酸化剤ガス中に含まれることのある水の排出性の観点から、セパレータが縦置きにされた場合に、燃料ガスおよび酸化剤ガスはいずれもその上部からガス流路に供給し、下部から排出することが好ましい。このような配置に限られるものではないが、以下に示す例では、このような配置を採用している。なお、ここに示すのは固体高分子形燃料電池である。   In the operation of the fuel cell, the separator is preferably placed vertically from the viewpoint of easy drainage of generated water. That is, it is preferable that the separator is arranged along the vertical direction, in other words, the thickness direction of the separator is horizontal. Furthermore, from the viewpoint of the ability to discharge water that may be contained in the fuel gas and oxidant gas, when the separator is placed vertically, both the fuel gas and oxidant gas are supplied to the gas flow path from above. However, it is preferable to discharge from the lower part. Although not limited to such an arrangement, in the example shown below, such an arrangement is adopted. Here, a solid polymer fuel cell is shown.

図1および図2には燃料ガスプレート101のアノード側電極に対向する面(以下、電極に対向する面を電極対向面という。)とその反対側の面(以下、裏面という。)をそれぞれ示す。燃料ガスプレートの電極対向面には、燃料ガス流路102が設けられる。図3および図4には酸化剤ガスプレート201のカソード側電極に対向する面(電極対向面)とその反対側の面(裏面)をそれぞれ示す。酸化剤ガスプレートの電極対向面には、酸化剤ガス流路202が設けられる。これらガスプレートは、溝や孔を有する長方形(長辺が水平方向に沿う)の板状部材であり、縦横の寸法は互いに同じである。   1 and 2 show a surface of the fuel gas plate 101 facing the anode side electrode (hereinafter, the surface facing the electrode is referred to as an electrode facing surface) and a surface on the opposite side (hereinafter referred to as the back surface). . A fuel gas flow path 102 is provided on the electrode facing surface of the fuel gas plate. 3 and 4 show a surface (electrode facing surface) facing the cathode side electrode and an opposite surface (back surface) of the oxidant gas plate 201, respectively. An oxidant gas flow path 202 is provided on the electrode facing surface of the oxidant gas plate. These gas plates are rectangular plate-like members (long sides along the horizontal direction) having grooves and holes, and have the same vertical and horizontal dimensions.

燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは、燃料ガスおよび酸化剤ガスが並行流および/または対向流となるように設けられる。電流密度分布をなるべく均一にするために、特に概ね対向流となるように設けられることが好ましい。図1および3に示した燃料ガス流路と酸化剤ガス流路は、いずれも、複数の溝が蛇腹状にそれぞれのガスプレートに配置されてなる。その個々の直線部においては燃料ガスと酸化剤ガスが同じ方向に流れる並行流となっているが、燃料ガス流路の入口は酸化剤ガス流路の出口に近い側に設けられ、酸化剤ガス流路の入口は燃料ガス流路の出口に近い側に設けられ、全体の流れとしては対向流となっている。燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは、実質的に並行および/または対向していればよいが、上述のように、全体的な流れとして対向流となっていること(局所的にはガス流路が並行流となってもかまわない)が好ましい。   The fuel gas channel and the oxidant gas channel are provided so that the fuel gas and the oxidant gas are in parallel flow and / or counterflow. In order to make the current density distribution as uniform as possible, it is particularly preferable that the current density distribution is provided so as to be generally counterflow. Each of the fuel gas channel and the oxidant gas channel shown in FIGS. 1 and 3 has a plurality of grooves arranged in a bellows on each gas plate. In each of the straight portions, the fuel gas and the oxidant gas are parallel flows that flow in the same direction, but the inlet of the fuel gas channel is provided on the side close to the outlet of the oxidant gas channel. The inlet of the flow path is provided on the side close to the outlet of the fuel gas flow path, and the entire flow is a counter flow. The fuel gas flow path and the oxidant gas flow path need only be substantially parallel and / or opposed to each other, but as described above, the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are opposed to each other as a whole (locally The gas flow paths may be parallel flows).

燃料ガスプレートと酸化剤ガスプレートは重ね合わされるが、このとき、両ガスプレートの裏面同士を向かい合わせる。かつ、両ガスプレートの間にシール部材として図5に示すOリング状ガスケット401を挟んで両ガスプレートを重ね合わせる。両ガスプレートの裏面にはOリング状ガスケットをはめるためのシール部材配置用溝103および203が設けられる。   The fuel gas plate and the oxidant gas plate are overlapped, and at this time, the back surfaces of the two gas plates face each other. In addition, the two gas plates are overlapped with an O-ring gasket 401 shown in FIG. Sealing member placement grooves 103 and 203 for fitting O-ring gaskets are provided on the back surfaces of both gas plates.

燃料ガスプレートの裏面および酸化剤ガスプレートの裏面のうちの少なくとも一方に、冷却媒体流路が形成されるが、ここでは図4に示すように酸化剤ガスプレート201の裏面に冷却媒体流路301が設けられ、燃料ガスプレートの裏面には冷却媒体流路は設けられない。   A cooling medium flow path is formed on at least one of the back surface of the fuel gas plate and the back surface of the oxidant gas plate. Here, the cooling medium flow path 301 is formed on the back surface of the oxidant gas plate 201 as shown in FIG. And no coolant flow path is provided on the back surface of the fuel gas plate.

冷却媒体流路は、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に対して直交している。燃料ガスと酸化剤ガスとが並行流および/または対向流とされる燃料電池において、冷却媒体を燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れ方向に対して直交流とすることが好ましい。冷却媒体の流れが、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れに対して並行流や対向流とされる場合に見られるような冷却媒体の流れ方向に沿う一次元の温度分布が抑制され、従って、セル内の温度分布の均一性を向上させることが可能となり、燃料電池の発電効率及び固体電解質膜の寿命を改善することができるからである。冷却媒体流路は、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に対して実質的に直交していればよい。   The cooling medium flow path is orthogonal to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path. In the fuel cell in which the fuel gas and the oxidant gas are in parallel flow and / or counter flow, it is preferable that the cooling medium be orthogonal to the flow direction of the fuel gas and oxidant gas. The one-dimensional temperature distribution along the flow direction of the cooling medium as seen when the flow of the cooling medium is parallel flow or counter flow with respect to the flow of the fuel gas and the oxidant gas is suppressed. This is because the uniformity of the temperature distribution in the inside can be improved, and the power generation efficiency of the fuel cell and the life of the solid electrolyte membrane can be improved. The cooling medium flow path only needs to be substantially orthogonal to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path.

冷却媒体としては純水、市水、エチレングリコール、オイル等、燃料電池の冷却媒体として公知の媒体を用いることができる。   As the cooling medium, a known medium such as pure water, city water, ethylene glycol, oil or the like can be used as a cooling medium for the fuel cell.

燃料ガスプレートには燃料ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて燃料ガス流路入口貫通孔104および燃料ガス流路出口貫通孔105とされる。酸化剤ガスプレートには酸化剤ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて酸化剤ガス流路入口貫通孔204および酸化剤ガス流路出口貫通孔205とされる。   The fuel gas plate is provided with through holes at the inlet end and the outlet end of the fuel gas flow path to form a fuel gas flow path inlet through hole 104 and a fuel gas flow path outlet through hole 105, respectively. The oxidant gas plate is provided with through holes at the inlet end and the outlet end of the oxidant gas flow path to form an oxidant gas flow path inlet through hole 204 and an oxidant gas flow path outlet through hole 205, respectively.

これら貫通孔とは別に、燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に燃料ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて燃料ガス供給連通孔304aならびに燃料ガス排出連通孔305aとされる。また、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に酸化剤ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて酸化剤ガス供給連通孔304bおよび酸化剤ガス排出連通孔305bとされる。燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔は、両ガスプレートの上部に設けられ、それぞれ燃料ガス流路入口貫通孔および酸化剤ガス流路入口貫通孔に近い位置に配される。燃料ガス排出連通孔および酸化剤ガス排出連通孔は、両ガスプレートの下部に設けられ、それぞれ燃料ガス流路出口貫通孔および酸化剤ガス流路出口貫通孔に近い位置に配される。これら連通孔は横(水平)方向に長い長尺形状、より具体的にはほぼ長方形とされる。燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔は、それぞれ燃料ガス排出連通孔および酸化剤ガス排出連通孔と対角の位置に設けられる。   In addition to these through holes, the fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging fuel gas in the thickness direction through both gas plates, and the fuel gas supply communication hole 304a. In addition, the fuel gas discharge communication hole 305a is used. Also, a pair of communication holes for supplying and discharging the oxidant gas in the thickness direction through both gas plates are provided to form an oxidant gas supply communication hole 304b and an oxidant gas discharge communication hole 305b. The fuel gas supply communication hole and the oxidant gas supply communication hole are provided in the upper part of both gas plates, and are arranged at positions close to the fuel gas channel inlet through hole and the oxidant gas channel inlet through hole, respectively. The fuel gas discharge communication hole and the oxidant gas discharge communication hole are provided at the lower portions of both gas plates, and are disposed at positions close to the fuel gas channel outlet through hole and the oxidant gas channel outlet through hole, respectively. These communication holes have a long shape in the horizontal (horizontal) direction, more specifically, a substantially rectangular shape. The fuel gas supply communication hole and the oxidant gas supply communication hole are provided at positions diagonal to the fuel gas discharge communication hole and the oxidant gas discharge communication hole, respectively.

燃料ガスプレートの裏面に、燃料ガス流路入口貫通孔104と燃料ガス供給連通孔304aとを連通させる流路(燃料ガス入口側ガス受け渡し流路)106および燃料ガス流路出口貫通孔と燃料ガス排出連通孔とを連通させる流路(燃料ガス出口側ガス受け渡し流路)107が形成される。燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔304aから燃料ガス入口側ガス受け渡し流路106を経て、燃料ガス流路入口貫通孔104から燃料ガス流路102に供給され、反応に関与した後、燃料ガス流路出口貫通孔105から燃料ガス出口側ガス受け渡し流路107を経て燃料ガス排出連通孔305aに排出される。   A flow path (fuel gas inlet side gas delivery flow path) 106 for connecting the fuel gas flow path inlet through hole 104 and the fuel gas supply communication hole 304a to the back surface of the fuel gas plate, a fuel gas flow path outlet through hole, and fuel gas A flow path (fuel gas outlet side gas transfer flow path) 107 that communicates with the discharge communication hole is formed. The fuel gas is supplied from the fuel gas supply communication hole 304a through the fuel gas inlet side gas transfer passage 106 to the fuel gas passage 102 from the fuel gas passage inlet through hole 104, and after being involved in the reaction, the fuel gas flow The fuel is discharged from the passage outlet through hole 105 to the fuel gas discharge communication hole 305a through the fuel gas outlet side gas transfer passage 107.

酸化剤ガスプレートの裏面に、酸化剤ガス流路入口貫通孔204と酸化剤ガス供給連通孔304bとを連通させる流路(酸化剤ガス入口側ガス受け渡し流路)206および酸化剤ガス流路出口貫通孔205と酸化剤ガス排出連通孔305bとを連通させる流路(酸化剤ガス出口側ガス受け渡し流路)207が形成される。   A flow path (oxidant gas inlet side gas delivery flow path) 206 for communicating the oxidant gas flow path inlet through hole 204 and the oxidant gas supply communication hole 304b on the back surface of the oxidant gas plate and an oxidant gas flow path outlet A flow path (oxidant gas outlet side gas delivery flow path) 207 that connects the through hole 205 and the oxidant gas discharge communication hole 305b is formed.

上記ガス受け渡し流路の流路断面積は、連通孔から貫通孔に向かう方向に小さくなっていることが好ましい。ここでは、ガス受け渡し流路は、ガスプレートに設けられた複数の溝で形成され、溝の深さは一定とされ、溝の幅が連通孔から貫通孔に向かう方向に狭くなっている。燃料ガスおよび酸化剤ガスは水分を含むことが多いが、このような構成によって、これら湿ったガスが連通孔から貫通孔又は、貫通孔から連通孔に流れる際の圧力損失が徐々に発生し、液滴の通過等による圧力変動を緩和する効果がある。   The cross-sectional area of the gas delivery channel is preferably small in the direction from the communication hole toward the through hole. Here, the gas delivery channel is formed by a plurality of grooves provided in the gas plate, the depth of the grooves is constant, and the width of the grooves is narrowed in the direction from the communication hole to the through hole. Fuel gas and oxidant gas often contain moisture, but with such a configuration, pressure loss is gradually generated when the wet gas flows from the through hole to the through hole or from the through hole to the through hole. This has the effect of alleviating pressure fluctuations due to the passage of droplets.

燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に冷却媒体を給排させるための一対の連通孔が、冷却媒体流路の両端に設けられて冷却媒体供給連通孔302および冷却媒体排出連通孔303とされる。冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔は、両ガスプレートの側部に設けられ、冷却媒体が冷却媒体供給連通孔302、冷却媒体流路301、冷却媒体排出連通孔303の順に水平方向に流通する。このように、より酸化剤ガス入口貫通孔に近い側に冷却媒体供給連通孔302を配し、より燃料ガス入口貫通孔に近い側に冷却媒体排出連通孔302を配することが電極部の温度分布均一性の観点から好ましいが、冷却媒体の流れ方向はこれに限られるものではない。つまり、場合によっては、図において冷却媒体排出連通孔302として示される連通孔から冷却媒体流路301に冷却媒体を供給し、冷却媒体供給連通孔303として示される連通孔から冷却媒体を排出することもできる。冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔はいずれも鉛直方向に長い長尺形状、具体的にはほぼ長方形とされる。   The fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging the cooling medium in the thickness direction through the gas plates at both ends of the cooling medium flow path. 302 and the cooling medium discharge communication hole 303. The cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole are provided on the sides of both gas plates, and the cooling medium is arranged in the horizontal direction in the order of the cooling medium supply communication hole 302, the cooling medium flow path 301, and the cooling medium discharge communication hole 303. Circulate. Thus, the coolant supply communication hole 302 is disposed closer to the oxidant gas inlet through hole, and the coolant discharge passage 302 is disposed closer to the fuel gas inlet through hole. Although preferable from the viewpoint of distribution uniformity, the flow direction of the cooling medium is not limited to this. That is, in some cases, the cooling medium is supplied to the cooling medium flow path 301 from the communication hole shown as the cooling medium discharge communication hole 302 in the figure, and the cooling medium is discharged from the communication hole shown as the cooling medium supply communication hole 303. You can also. Each of the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole has a long shape in the vertical direction, specifically, a substantially rectangular shape.

燃料ガス流路の入口(燃料ガス流路入口貫通孔104)が燃料ガス流路の出口(燃料ガス流路出口貫通孔105)より鉛直上方にあり、酸化剤ガス流路の入口(酸化剤ガス流路入口貫通孔204)が、酸化剤ガス流路の出口(酸化剤ガス流路出口貫通孔205)より鉛直上方にあり、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のそれぞれにおいて、鉛直上方に向かう部分の流路長がそれぞれのガス流路の全流路長の50%未満、具体的にはおおよそ40%となっている。これによって、ガス流路での水の排出が促進され、優れた高効率の燃料電池を得ることが可能となる。   The fuel gas channel inlet (fuel gas channel inlet through-hole 104) is vertically above the fuel gas channel outlet (fuel gas channel outlet through-hole 105), and the oxidant gas channel inlet (oxidant gas). The channel inlet through-hole 204) is vertically above the outlet of the oxidant gas channel (oxidant gas channel outlet through-hole 205), and vertically above each of the fuel gas channel and the oxidant gas channel. The flow path length of the heading portion is less than 50% of the total flow path length of each gas flow path, specifically, approximately 40%. This facilitates the discharge of water in the gas flow path and makes it possible to obtain an excellent and highly efficient fuel cell.

前記冷却媒体供給連通孔の鉛直方向の最大寸法および冷却媒体排出連通孔の鉛直方向の最大寸法が、いずれも、アノード側電極およびカソード側電極の鉛直方向の最大寸法の80%以上であることにより、電極面積の大部分に対応する領域に冷却媒体流路を設けることが容易で、燃料電池全体の温度を均一に保つ上で効果的である。。ここでは実質的に長方形の電極(アノード側電極、カソード側電極とも同じ縦横寸法の長方形)を横置きにして(水平方向に長辺を沿わせて)使用する。そして、図1および図3に示されるように、冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔の幅(鉛直方向に沿う長辺)は、電極の短辺(鉛直方向に沿う辺)の約85%とされている。   The maximum vertical dimension of the cooling medium supply communication hole and the maximum vertical dimension of the cooling medium discharge communication hole are both 80% or more of the maximum vertical dimension of the anode side electrode and the cathode side electrode. It is easy to provide the cooling medium flow path in a region corresponding to most of the electrode area, which is effective in keeping the temperature of the entire fuel cell uniform. . Here, a substantially rectangular electrode (a rectangular shape having the same vertical and horizontal dimensions for both the anode side electrode and the cathode side electrode) is placed horizontally (long side in the horizontal direction). As shown in FIGS. 1 and 3, the width (long side along the vertical direction) of the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole is about 85 of the short side (side along the vertical direction) of the electrode. %.

また、冷却媒体流路については、全流路断面積を大きくとり、流路長は短くし、冷却媒体の流量を大きくすることが、冷却媒体の温度変化を抑え、燃料電池の面内温度分布を抑える観点から好ましい。このため、冷却媒体流路は蛇腹状にせず、燃料ガス流路や酸化剤ガス流路より多い本数の溝を直線状に設けている。   In addition, for the cooling medium flow path, it is possible to increase the cross-sectional area of the entire flow path, shorten the flow path length, and increase the flow rate of the cooling medium. It is preferable from the viewpoint of restraining. For this reason, the cooling medium flow path is not formed in a bellows shape, but more grooves than the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are provided in a straight line.

燃料ガスプレートと酸化剤ガスプレートとの間のシール部材にはOリング状ガスケットを用いる。取り扱いが容易で燃料電池を組み立てる際の作業性に優れ、量産化に好適だからである。   An O-ring gasket is used as a seal member between the fuel gas plate and the oxidant gas plate. This is because it is easy to handle, has excellent workability when assembling a fuel cell, and is suitable for mass production.

燃料ガスプレートと酸化剤ガスプレートとの間のシール部材によって、燃料ガス供給連通孔304a、燃料ガス流路入口貫通孔104およびガス受け渡し流路106の周囲がシールされ、酸化剤ガス供給連通孔304b、酸化剤ガス流路入口貫通孔204およびガス受け渡し流路206の周囲がシールされ、燃料ガス流路出口貫通孔105、燃料ガス排出連通孔305aおよびガス受け渡し流路107の周囲がシールされ、酸化剤ガス流路出口貫通孔205、酸化剤ガス排出連通孔305bおよびガス受け渡し流路207の周囲がシールされ、冷却媒体供給連通孔302、冷却媒体排出連通孔303および冷却媒体流路301の周囲がシールされる。このように燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートがシール部材によってシールされて重ね合わされ、一体的にセパレータとして用いられる。   The seal member between the fuel gas plate and the oxidant gas plate seals the periphery of the fuel gas supply communication hole 304a, the fuel gas flow channel inlet through hole 104, and the gas delivery flow channel 106, and the oxidant gas supply communication hole 304b. The periphery of the oxidant gas flow path inlet through-hole 204 and the gas transfer flow path 206 is sealed, and the periphery of the fuel gas flow path outlet through-hole 105, the fuel gas discharge communication hole 305a and the gas transfer flow path 107 is sealed and oxidized. The periphery of the agent gas flow path outlet through-hole 205, the oxidant gas discharge communication hole 305b, and the gas delivery flow path 207 is sealed, and the periphery of the cooling medium supply communication hole 302, the cooling medium discharge communication hole 303, and the cooling medium flow path 301 is sealed. Sealed. In this way, the fuel gas plate and the oxidant gas plate are sealed by the sealing member and overlapped, and are used as a separator integrally.

以下、図7および図8を用いて上述のセパレータを有する燃料電池について説明する。図7は燃料電池の積層構造を説明するための模式図であり、図8は、この積層構造を説明するための断面図である。   Hereinafter, a fuel cell having the above-described separator will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a schematic view for explaining the laminated structure of the fuel cell, and FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining this laminated structure.

燃料電池スタックは、MEAと、MEAを挟持するセパレーターを備え、これらが複数組積層される。燃料電池スタックは、全体として直方体状を有しており、ここでは、短辺方向が鉛直方向に指向するとともに、長辺方向が水平方向に指向して配列される。   The fuel cell stack includes an MEA and a separator that sandwiches the MEA, and a plurality of these are stacked. The fuel cell stack has a rectangular parallelepiped shape as a whole. Here, the short side direction is oriented in the vertical direction and the long side direction is oriented in the horizontal direction.

MEA501は、固体高分子電解質膜502と、この電解質膜を挟んで配設されるアノード側電極503aおよびカソード側電極503bとを有するとともに、アノード側電極およびカソード側電極にはそれぞれ、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなるアノード側ガス拡散層504aおよびカソード側ガス拡散層504bが配設される。MEAの外形はセパレータと同じとされる。   The MEA 501 includes a solid polymer electrolyte membrane 502, and an anode side electrode 503a and a cathode side electrode 503b disposed with the electrolyte membrane interposed therebetween, and each of the anode side electrode and the cathode side electrode includes, for example, a porous material. An anode side gas diffusion layer 504a and a cathode side gas diffusion layer 504b made of porous carbon paper or the like as layers are disposed. The outer shape of the MEA is the same as that of the separator.

MEAの両側には、シール部材としてシート状シール部材402が設けられる。シート状シール部材は、図6に示すように、カソード側電極およびカソード側ガス拡散層を収納するための、あるいはアソード側電極およびアソード側ガス拡散層を収納するための開口部403を有し、また、燃料ガス供給連通孔、燃料ガス排出連通孔、酸化剤ガス供給連通孔、酸化剤ガス排出連通孔に対応する孔を有する。   Sheet-like seal members 402 are provided as seal members on both sides of the MEA. As shown in FIG. 6, the sheet-like sealing member has an opening 403 for accommodating the cathode side electrode and the cathode side gas diffusion layer, or for accommodating the anode side electrode and the anode side gas diffusion layer, In addition, there are holes corresponding to the fuel gas supply communication hole, the fuel gas discharge communication hole, the oxidant gas supply communication hole, and the oxidant gas discharge communication hole.

MEAおよびシート状シール部材が、セパレータによって挟持される(より具体的には、燃料ガスプレート101と酸化剤ガスプレート201とによって挟持される)。   The MEA and the sheet-like seal member are sandwiched between separators (more specifically, sandwiched between the fuel gas plate 101 and the oxidant gas plate 201).

MEAを形成する固体高分子膜は経時的に変形するので、シール部材のMEA変形への追従が悪いと、MEAとセパレータとの間でガスリークが発生し、電池性能低下の要因となる場合がある。このため、MEAとの密着性が高く、MEAの経年変化に追従性があるシート状シール部材を用いることにより、ガスリークを長期間防ぐことができる。   Since the solid polymer film forming the MEA is deformed with time, if the sealing member does not follow the MEA deformation, a gas leak may occur between the MEA and the separator, which may cause a decrease in battery performance. . For this reason, gas leak can be prevented for a long period of time by using the sheet-like sealing member which has high adhesiveness with the MEA and is capable of following the aging of the MEA.

以上述べたように、セパレータとMEAとの間に、MEAとの密着性が高く、MEAの経年変化にも追従性があるシート状のシール材を用いることにより、ガスリークを長期間防ぐことができる。また、セパレータを構成する燃料ガスプレートと酸化剤ガスプレートとのシールには、Oリング状ガスケットを用いることにより、積層する際の作業性を高めることができる。   As described above, it is possible to prevent gas leakage for a long period of time by using a sheet-like sealing material that has high adhesion to the MEA between the separator and the MEA and is capable of following the aging of the MEA. . Moreover, the workability | operativity at the time of laminating | stacking can be improved by using an O-ring-like gasket for the seal | sticker of the fuel gas plate and oxidant gas plate which comprise a separator.

燃料ガスプレート、酸化剤ガスプレートとも、燃料電池のセパレータとして公知の材料によって形成することができる。MEAは、燃料電池のMEAとして公知の構成とすることができる。   Both the fuel gas plate and the oxidant gas plate can be formed of a known material as a fuel cell separator. The MEA can have a configuration known as an MEA of a fuel cell.

燃料ガスプレートの一例につき、アノード側電極に対向する面を示す正面図である。It is a front view which shows the surface which opposes an anode side electrode about an example of a fuel gas plate. 燃料ガスプレートの一例につき、アノード側電極に対向する面とは反対側の面を示す正面図である。It is a front view which shows the surface on the opposite side to the surface which opposes an anode side electrode about an example of a fuel gas plate. 酸化剤ガスプレートの一例につき、カソード側電極に対向する面を示す正面図である。It is a front view which shows the surface which opposes a cathode side electrode about an example of an oxidizing agent gas plate. 酸化剤ガスプレートの一例につき、カソード側電極に対向する面とは反対側の面を示す正面図である。It is a front view which shows the surface on the opposite side to the surface which opposes a cathode side electrode about an example of an oxidizing agent gas plate. Oリング状ガスケットの一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of an O-ring shaped gasket. シート上シール部材の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the sealing member on a sheet | seat. 燃料電池の一例につき積層構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a laminated structure about an example of a fuel cell. 燃料電池の一例につき積層構造を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating a laminated structure about an example of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

101 燃料ガスプレート
102 燃料ガス流路
103 シール部材配置用溝
104 燃料ガス流路入口貫通孔
105 燃料ガス流路出口貫通孔
106 燃料ガス入口側ガス受け渡し流路
107 燃料ガス出口側ガス受け渡し流路
201 酸化剤ガスプレート
202 酸化剤ガス流路
203 シール部材配置用溝
204 酸化剤ガス流路入口貫通孔
205 酸化剤ガス流路出口貫通孔
206 酸化剤ガス入口側ガス受け渡し流路
207 酸化剤ガス出口側ガス受け渡し流路
301 冷却媒体流路
302 冷却媒体供給連通孔
303 冷却媒体排出連通孔
304a 燃料ガス供給連通孔
305a 燃料ガス排出連通孔
304b 酸化剤ガス供給連通孔
305b 酸化剤ガス排出連通孔
401 Oリング状ガスケット
402 シート状シール部材
403 開口
501 MEA(膜電極集合体)
502 固体高分子電解質膜
503a アノード側電極
503b カソード側電極
504a アノード側ガス拡散層
504b カソード側ガス拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Fuel gas plate 102 Fuel gas flow path 103 Sealing member arrangement | positioning groove | channel 104 Fuel gas flow path inlet through hole 105 Fuel gas flow path outlet through hole 106 Fuel gas inlet side gas delivery flow path 107 Fuel gas outlet side gas delivery flow path 201 Oxidant gas plate 202 Oxidant gas channel 203 Sealing member disposition groove 204 Oxidant gas channel inlet through hole 205 Oxidant gas channel outlet through hole 206 Oxidant gas inlet side gas delivery channel 207 Oxidant gas outlet side Gas delivery flow path 301 Cooling medium flow path 302 Cooling medium supply communication hole 303 Cooling medium discharge communication hole 304a Fuel gas supply communication hole 305a Fuel gas discharge communication hole 304b Oxidant gas supply communication hole 305b Oxidant gas discharge communication hole 401 O-ring Gasket 402 Sheet-like Seal Member 403 Opening 501 MEA (Membrane Electrode Aggregation)
502 solid polymer electrolyte membrane 503a anode side electrode 503b cathode side electrode 504a anode side gas diffusion layer 504b cathode side gas diffusion layer

Claims (10)

電解質膜と、電解質膜を挟んで配されるアノード側電極およびカソード側電極とを有する膜電極集合体、ならびに、膜電極集合体を挟持するセパレータを有する燃料電池において、
該セパレータが、アノード側電極に対向する面に燃料ガス流路が設けられた板状部材である燃料ガスプレートと、カソード側電極に対向する面に酸化剤ガス流路が設けられた板状部材である酸化剤ガスプレートとを備え、
燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面と、酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面とがOリング状ガスケットを介して重ね合わされ、
膜電極集合体が、シート状シール部材を介してセパレータに挟持される
ことを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell having an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly having an anode side electrode and a cathode side electrode arranged across the electrolyte membrane, and a separator sandwiching the membrane electrode assembly,
The separator is a plate member having a fuel gas channel provided on the surface facing the anode side electrode, and a plate member having an oxidant gas channel provided on the surface facing the cathode side electrode And an oxidant gas plate
The surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate and the surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate are overlapped via an O-ring gasket,
A fuel cell, wherein a membrane electrode assembly is sandwiched between separators via a sheet-like seal member.
前記シート状シール部材が、オレフィン樹脂、エチレンプロピレンゴム、フッ素樹脂またはフッ素ゴムからなる請求項1記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the sheet-like seal member is made of olefin resin, ethylene propylene rubber, fluororesin or fluororubber. 前記Oリング状ガスケットが、シリコーン樹脂またはシリコーンゴムからなる請求項1または2記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the O-ring gasket is made of silicone resin or silicone rubber. 燃料ガス流路の入口が、燃料ガス流路の出口より鉛直上方にあり、
酸化剤ガス流路の入口が、酸化剤ガス流路の出口より鉛直上方にあり
燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のそれぞれにおいて、鉛直上方に向かう部分の流路長がそれぞれのガス流路の全流路長の50%未満である
請求項1〜3の何れか一項記載の燃料電池
The inlet of the fuel gas channel is vertically above the outlet of the fuel gas channel,
The inlet of the oxidant gas channel is vertically above the outlet of the oxidant gas channel, and in each of the fuel gas channel and the oxidant gas channel, the channel length of the part directed vertically upward is the respective gas channel. The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, which is less than 50% of the total flow path length.
前記燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面および前記酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面のうちの少なくとも一方に、冷却媒体流路が形成された請求項1〜4の何れか一項記載の燃料電池。   A cooling medium flow path is provided on at least one of a surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate and a surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is formed. 前記燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが、互いに並行および/または対向して配され、かつ、
前記冷却媒体流路が、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に対して直交する請求項5記載の燃料電池。
The fuel gas channel and the oxidant gas channel are arranged in parallel and / or opposite to each other; and
The fuel cell according to claim 5, wherein the cooling medium flow path is orthogonal to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path.
燃料ガスプレートには燃料ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて燃料ガス流路入口貫通孔および燃料ガス流路出口貫通孔とされ、
酸化剤ガスプレートには酸化剤ガス流路の入口端および出口端にそれぞれ貫通孔が設けられて酸化剤ガス流路入口貫通孔および酸化剤ガス流路出口貫通孔とされ、
これら貫通孔とは別に、燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に燃料ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて燃料ガス供給連通孔および燃料ガス排出連通孔とされ、かつ、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に酸化剤ガスを給排させるための一対の連通孔が設けられて酸化剤ガス供給連通孔および酸化剤ガス排出連通孔とされ、
燃料ガスプレートのアノード側電極に対向する面とは反対側の面に、燃料ガス流路入口貫通孔と燃料ガス供給連通孔とを連通させる流路および燃料ガス流路出口貫通孔と燃料ガス排出連通孔とを連通させる流路が形成され、
酸化剤ガスプレートのカソード側電極と対向する面とは反対側の面に、酸化剤ガス流路入口貫通孔と酸化剤ガス供給連通孔とを連通させる流路および酸化剤ガス流路出口貫通孔と酸化剤ガス排出連通孔とを連通させる流路が形成され、
燃料ガスプレートおよび酸化剤ガスプレートに、両ガスプレートを貫通して厚さ方向に冷却媒体を給排させるための一対の連通孔が、冷却媒体流路の両端に設けられて冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔とされ
た請求項5または6記載の燃料電池。
The fuel gas plate is provided with through holes at the inlet end and the outlet end of the fuel gas flow path, respectively, and serves as a fuel gas flow path inlet through hole and a fuel gas flow path outlet through hole,
The oxidant gas plate is provided with through holes at the inlet end and the outlet end of the oxidant gas flow path to form an oxidant gas flow path inlet through hole and an oxidant gas flow path outlet through hole,
Separately from these through holes, the fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging fuel gas in the thickness direction through both gas plates, and the fuel gas supply communication holes and A pair of communication holes for supplying and discharging the oxidant gas in the thickness direction through both gas plates is provided as the fuel gas discharge communication hole, and the oxidant gas supply communication hole and the oxidant gas discharge communication are provided. A hole,
On the surface opposite to the surface facing the anode side electrode of the fuel gas plate, the fuel gas channel inlet through hole and the fuel gas supply communication hole communicate with each other, the fuel gas channel outlet through hole, and the fuel gas discharge. A flow path communicating with the communication hole is formed,
A channel for connecting the oxidant gas flow channel inlet through hole and the oxidant gas supply communication hole to the surface opposite to the surface facing the cathode side electrode of the oxidant gas plate and the oxidant gas flow channel outlet through hole And a flow path that connects the oxidant gas discharge communication hole,
The fuel gas plate and the oxidant gas plate are provided with a pair of communication holes for supplying and discharging the cooling medium in the thickness direction through the gas plates at both ends of the cooling medium flow path. The fuel cell according to claim 5 or 6, wherein the communication hole is a cooling medium discharge communication hole.
それぞれの貫通孔と、対応する連通孔とを連通させる流路の流路断面積が、
連通孔から貫通孔に向かう方向に、小さくなる請求項7記載の燃料電池。
The channel cross-sectional area of the channel that communicates each through hole and the corresponding communication hole,
The fuel cell according to claim 7, wherein the fuel cell becomes smaller in a direction from the communication hole toward the through hole.
セパレータが鉛直方向に沿って設けられた請求項7または8記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 7 or 8, wherein the separator is provided along a vertical direction. 前記冷却媒体供給連通孔の鉛直方向の最大寸法および冷却媒体排出連通孔の鉛直方向の最大寸法がいずれも、アノード側電極およびカソード側電極の鉛直方向の最大寸法の80%以上である
請求項9記載の燃料電池。
10. The maximum vertical dimension of the cooling medium supply communication hole and the maximum vertical dimension of the cooling medium discharge communication hole are each 80% or more of the maximum vertical dimension of the anode side electrode and the cathode side electrode. The fuel cell as described.
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