JP2006066092A - Separator and fuel cell stack - Google Patents

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雅彦 田原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator with reduced thickness and improved draining property of carbon dioxide and water generated by power generation reaction, and also provide a fuel cell stack equipped with the separator with reduced thickness. <P>SOLUTION: The separator can improve the draining property of carbon dioxide and water generated, by gradually deepening a flow passage. The thickness of the separator can be reduced by combining a downstream area with an upstream area. The fuel cell stack loading the separator can prevent lowering of efficiency of power generation reaction, and the thickness of the fuel cell stack can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に搭載されるセパレータに関するものであり、また、そのセパレータを搭載した燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a separator mounted on a fuel cell, and also relates to a fuel cell stack on which the separator is mounted.

燃料電池は、水素やメタノール等の燃料と酸素等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として注目されており、例えば、自動車を駆動するための駆動電源として使用する試みが行われている。   A fuel cell is a power generating element that generates power by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen or methanol with an oxidant gas such as oxygen. A fuel cell is attracting attention as a power generation element that does not pollute the environment because the product generated by power generation is water. For example, attempts have been made to use it as a drive power source for driving an automobile. Yes.

燃料電池は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、代表的なものに、電解質に固体高分子電解質を用いた燃料電池が知られている。固体高分子電解質型燃料電池は、低コスト化が可能で、小型化、薄型化、軽量化も容易であり、電池性能の点でも高い出力密度を有することから、電子機器の駆動電源として有望である。この固体高分子電解質型燃料電池は、水素の他にメタノールや天然ガスを改質して水素を生成させて燃料とするものも開発されている。近年では、メタノールを燃料として直接燃料電池に供給し発電を行う直接メタノール型燃料電池も開発されている。   Fuel cells are classified into various types depending on the difference in electrolytes and the like, and representatively, fuel cells using a solid polymer electrolyte as an electrolyte are known. Solid polymer electrolyte fuel cells are promising as drive power sources for electronic devices because they can be reduced in cost, are easy to reduce in size, thickness and weight, and have high output density in terms of battery performance. is there. This solid polymer electrolyte fuel cell has also been developed in which hydrogen and hydrogen are generated by reforming methanol and natural gas in addition to hydrogen to produce fuel. In recent years, direct methanol fuel cells have also been developed that generate electricity by supplying methanol directly to the fuel cell as fuel.

直接メタノール型燃料電池は、ベースプレート上に電解質膜と一対の電極とを一体化した電極電解質接合体と、一方の面に燃料流路、他方の面に酸化剤ガス流路を有する平板状セパレータとを交互に積層させ、燃料流路にメタノール水溶液を供給し、酸化剤ガス流路に空気を供給することにより電解質膜上で発電反応が行われる。   A direct methanol fuel cell includes an electrode electrolyte assembly in which an electrolyte membrane and a pair of electrodes are integrated on a base plate, a flat separator having a fuel channel on one side and an oxidant gas channel on the other side, Are alternately stacked, an aqueous methanol solution is supplied to the fuel flow path, and air is supplied to the oxidant gas flow path to cause a power generation reaction on the electrolyte membrane.

図1は、従来のセパレータの酸化剤ガス流路側を示す平面図である。図1のように、従来使用されているセパレータ9は、平板状の部材に酸化剤ガス流路90が設けられている。この酸化剤ガス流路90の端部に酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス流路入口91が設けられ、もう一方の端部に流路を流れた空気が排出される酸化剤ガス流路出口92が設けられている。   FIG. 1 is a plan view showing the oxidant gas flow path side of a conventional separator. As shown in FIG. 1, the separator 9 conventionally used is provided with an oxidant gas flow path 90 in a flat plate member. An oxidant gas flow path inlet 91 for supplying air, which is an oxidant gas, is provided at the end of the oxidant gas flow path 90, and the oxidant gas from which the air flowing through the flow path is discharged at the other end. A channel outlet 92 is provided.

また、酸化剤ガス流路90の反対側の面には、酸化剤ガス流路90と同様に蛇行した燃料流路が設けられている。この燃料流路の端部に燃料であるメタノール水溶液を燃料流路に供給する燃料流路入口93が設けられ、もう一方の端部にメタノール水溶液を排出する燃料流路出口94が設けられている。尚、酸化剤ガス流路入口91、酸化剤ガス流路出口92、燃料流路入口93、燃料流路出口94は、セパレータ9を貫通している。そして、メタノール水溶液や空気が外部に漏れないようにシールされている。   Further, a meandering fuel flow path is provided on the opposite surface of the oxidant gas flow path 90 in the same manner as the oxidant gas flow path 90. A fuel flow path inlet 93 for supplying a methanol aqueous solution as fuel to the fuel flow path is provided at the end of the fuel flow path, and a fuel flow path outlet 94 for discharging the methanol aqueous solution is provided at the other end. . The oxidant gas channel inlet 91, the oxidant gas channel outlet 92, the fuel channel inlet 93, and the fuel channel outlet 94 penetrate the separator 9. And it seals so that methanol aqueous solution and air may not leak outside.

図2は、図1で示されたセパレータのA−A'断面の形状を示す断面図である。図2のように、従来のセパレータ9の酸化剤ガス流路及び燃料流路は、一定の流路深さを有し、図1に示されるように一定の流路幅を有している。しかしながら、このセパレータ9では、発電反応によって二酸化炭素や水の発生により流路内に水や二酸化炭素が留まり、発電反応の効率低下を招くといった問題を有していた。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shape of the AA ′ cross section of the separator shown in FIG. As shown in FIG. 2, the oxidant gas flow path and the fuel flow path of the conventional separator 9 have a constant flow path depth and a constant flow path width as shown in FIG. However, the separator 9 has a problem in that water and carbon dioxide remain in the flow path due to generation of carbon dioxide and water due to the power generation reaction, leading to a decrease in efficiency of the power generation reaction.

一方、流路の上流から下流に向かって流路深さを深くするセパレータが報告されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, a separator that increases the depth of the flow path from the upstream to the downstream of the flow path has been reported (for example, see Patent Document 1).

特開平10−302813号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-302813

しかしながら、特許文献1のセパレータでは、流路下流に行くに従って流路深さが深くなるため、セパレータの厚さが流路深さの最も深いところで決まってしまい、セパレータの厚さが厚くなるという問題点を有している。   However, in the separator of Patent Document 1, since the flow path depth becomes deeper as it goes downstream of the flow path, the thickness of the separator is determined at the deepest flow path depth, and the thickness of the separator increases. Has a point.

そこで、本発明は、そのような従来の実情に鑑み、発電反応により発生する二酸化炭素及び水の排出性の向上と薄肉化を図ったセパレータの提供を目的とし、さらに、薄肉化を図ったセパレータを備えた燃料電池スタックを提供することを目的とする。   Therefore, in view of such a conventional situation, the present invention aims to provide a separator that improves discharge of carbon dioxide and water generated by a power generation reaction and is thinned, and further, a separator that is thinned It aims at providing the fuel cell stack provided with.

本発明のセパレータは、一対の電極で電解質を挟む接合体と交互に積層されるセパレータであって、燃料を流すために平板状部材の一方の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された燃料流路と、酸化剤ガス流路を流すために上記燃料流路を有する面の反対側の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された酸化剤ガス流路とを有し、上記燃料流路の上流側は、上記酸化剤ガス流路の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成され、上記燃料流路の下流側は、上記酸化剤ガス流路の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成されることを特徴とする。   The separator of the present invention is a separator that is alternately stacked with a joined body that sandwiches an electrolyte between a pair of electrodes, and gradually increases the depth from one upstream side to the other side of a flat plate member in order to flow fuel. A fuel channel formed to be deep and a surface opposite to the surface having the fuel channel to flow through the oxidant gas channel so that the depth gradually increases from upstream to downstream. And an upstream side of the fuel channel is formed in a region on the opposite side of the region corresponding to the region forming the downstream side of the oxidant gas channel. The downstream side of the passage is formed in a region on the opposite surface corresponding to the region forming the upstream side of the oxidant gas flow path.

本発明のセパレータによれば、燃料流路と酸化剤ガス流路との両流路深さを上流から下流に向かって徐々に深くすることで、発生する二酸化炭素及び水の排出性を向上させることができる。また、酸化剤ガス流路の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に燃料流路の上流側を形成し、酸化剤ガス流路の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に燃料流路の下流側を形成することで、両流路の最も深いところを避けて流路が形成され、セパレータを薄くすることができる。   According to the separator of the present invention, the discharge depth of the generated carbon dioxide and water is improved by gradually increasing the depth of both the fuel flow channel and the oxidant gas flow channel from upstream to downstream. be able to. Further, the upstream side of the fuel flow path is formed in the area on the opposite side corresponding to the area forming the downstream side of the oxidant gas flow path, and the opposite side corresponding to the area forming the upstream side of the oxidant gas flow path. By forming the downstream side of the fuel flow path in the region of the side surface, the flow path is formed avoiding the deepest part of both flow paths, and the separator can be made thin.

本発明の燃料電池スタックは、燃料を流すために平板状部材の一方の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された燃料流路、及び、酸化剤ガス流路を流すために上記燃料流路を有する面の反対側の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された酸化剤ガス流路とを有し、上記燃料流路の上流側は、上記酸化剤ガス流路の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成され、上記燃料流路の下流側は、上記酸化剤ガス流路の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成されるセパレータにより、一対の電極で電解質を挟む接合体を挟むことを特徴とする。   The fuel cell stack of the present invention includes a fuel flow path formed so as to gradually increase in depth from upstream to downstream on one surface of a flat plate member for flowing fuel, and an oxidant gas flow path An oxidant gas channel formed so as to gradually increase in depth from upstream to downstream on the surface opposite to the surface having the fuel channel. The upstream side is formed in an area on the opposite side corresponding to the area forming the downstream side of the oxidant gas flow path, and the downstream side of the fuel flow path forms the upstream side of the oxidant gas flow path The joined body that sandwiches the electrolyte between the pair of electrodes is sandwiched between the separators formed in the region on the opposite surface corresponding to the region to be performed.

本発明の燃料電池スタックによれば、上述のセパレータを搭載することにより、発電反応で発生する二酸化炭素及び水による発電反応の効率の低下を防ぐことができる。また、薄肉化されたセパレータにより、形成される燃料電池スタックを薄くすることができる。   According to the fuel cell stack of the present invention, by mounting the above-described separator, it is possible to prevent a decrease in efficiency of the power generation reaction due to carbon dioxide and water generated in the power generation reaction. Further, the formed fuel cell stack can be thinned by the thinned separator.

本発明のセパレータは、燃料流路と酸化剤ガス流路との両流路深さを上流から下流に向かって徐々に深くすることで、発生する二酸化炭素及び水の排出性を向上させることができる。また、両流路の最も深いところを避けて流路が形成されることで、セパレータを薄くすることができる。   The separator of the present invention can improve the discharge of generated carbon dioxide and water by gradually increasing the depth of both the fuel channel and the oxidant gas channel from upstream to downstream. it can. Moreover, a separator can be made thin by forming a flow path avoiding the deepest place of both flow paths.

本発明の燃料電池スタックは、上述のセパレータを搭載することにより、発電反応で発生する二酸化炭素及び水による発電反応の効率の低下を防ぐことができる。また、薄肉化されたセパレータにより、形成される燃料電池スタックを薄くすることができる。   By mounting the above-described separator, the fuel cell stack of the present invention can prevent the efficiency of the power generation reaction due to carbon dioxide and water generated by the power generation reaction. Further, the formed fuel cell stack can be thinned by the thinned separator.

以下、本発明のセパレータ及び燃料電池スタックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Hereinafter, the separator and the fuel cell stack of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

図3は、本発明のセパレータの一例を示す平面図である。図3(a)のように、本発明のセパレータ1は、燃料であるメタノール水溶液を流すために平板状部材の一方の面に蛇行した燃料流路10を有している。この燃料流路10の端部には、燃料流路10にメタノール水溶液を供給するための燃料供給口100と、燃料流路10を流れたメタノール水溶液を排出するための燃料排出口101とがセパレータ1を貫通するように設けられている。そして、燃料流路10は、流路上流である燃料供給口100から流路下流である燃料排出口101に向かって徐々に流路深さを深くするように形成されている。   FIG. 3 is a plan view showing an example of the separator of the present invention. As shown in FIG. 3A, the separator 1 of the present invention has a fuel flow path 10 that meanders on one surface of a flat plate member in order to flow a methanol aqueous solution as a fuel. A fuel supply port 100 for supplying a methanol aqueous solution to the fuel flow channel 10 and a fuel discharge port 101 for discharging the methanol aqueous solution flowing through the fuel flow channel 10 are separators at the end of the fuel flow channel 10. 1 is provided so as to penetrate 1. The fuel channel 10 is formed so as to gradually increase the channel depth from the fuel supply port 100 upstream of the channel toward the fuel discharge port 101 downstream of the channel.

図3(b)のように、本発明のセパレータ1は、上記燃料流路10と同様に、酸化剤ガスである空気を流すために燃料流路10を有する面の反対側の面に蛇行した酸化剤ガス流路11を有している。この酸化剤ガス流路11の端部には、酸化剤ガス流路11に空気を供給する酸化剤ガス供給口110と、酸化剤ガス流路11を流れた空気を排出するための酸化剤ガス排出口111とがセパレータ1を貫通するように設けられている。そして、酸化剤ガス流路11は、流路上流である酸化剤ガス流路供給口110から流路下流である燃料ガス排出口111に向かって徐々に流路深さを深くするように形成されている。   As shown in FIG. 3B, the separator 1 of the present invention meanders on the surface opposite to the surface having the fuel flow path 10 in order to flow the air as the oxidant gas, like the fuel flow path 10 described above. An oxidant gas flow path 11 is provided. An oxidant gas supply port 110 for supplying air to the oxidant gas flow path 11 and an oxidant gas for discharging the air flowing through the oxidant gas flow path 11 are provided at the end of the oxidant gas flow path 11. A discharge port 111 is provided so as to penetrate the separator 1. The oxidant gas channel 11 is formed so as to gradually increase the channel depth from the oxidant gas channel supply port 110 upstream of the channel toward the fuel gas discharge port 111 downstream of the channel. ing.

そして、本発明のセパレータ1は、燃料流路10の上流側を酸化剤ガス流路11の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成し、燃料流路10の下流側を酸化剤ガス流路11の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成している。   In the separator 1 of the present invention, the upstream side of the fuel flow channel 10 is formed in a region on the opposite surface corresponding to the region forming the downstream side of the oxidant gas flow channel 11. Is formed in the region on the opposite surface corresponding to the region forming the upstream side of the oxidant gas flow path 11.

本発明のセパレータ1は、電解質を一対の電極で挟んだ接合体を挟み、メタノール水溶液と空気により接合体で発生した電力を外部回路に伝達する。そのため、本発明のセパレータ1を形成する板状部材の材質としては、電気伝導性が良好で、空気をはじめとする酸化剤ガスやメタノール水溶液をはじめとする燃料によって腐食せず、メタノール水溶液と空気との混合を防止するような気密性の高い材質のものが挙げられる。例えば、カーボンや金属材料等を使用してもよく、その表面に防錆のためのめっき処理等を施したものでもよい。   The separator 1 of the present invention sandwiches a joined body in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes, and transmits electric power generated in the joined body by an aqueous methanol solution and air to an external circuit. Therefore, as a material of the plate-like member forming the separator 1 of the present invention, the electrical conductivity is good, and it is not corroded by fuel such as oxidant gas such as air or methanol aqueous solution. It is possible to use a material having a high airtightness that prevents mixing with the material. For example, carbon or a metal material may be used, and the surface thereof may be subjected to a plating treatment for rust prevention.

燃料流路10は、略平板状部材であるセパレータ1の一方の面に形成されている。燃料流路10は、燃料であるメタノール水溶液を流す流路であり、この燃料流路10にメタノール水溶液を供給することにより、接合体にメタノール水溶液を供給することができる。燃料流路10の上流には、メタノール水溶液を燃料流路10に供給する燃料供給口100を有している。また、燃料流路11の下流には、燃料流路10を流れてきたメタノール水溶液をセパレータ1外に排出する燃料排出口101が接続されるように設けられている。   The fuel flow path 10 is formed on one surface of the separator 1 that is a substantially flat plate member. The fuel flow path 10 is a flow path for flowing a methanol aqueous solution as a fuel. By supplying the methanol aqueous solution to the fuel flow path 10, the methanol aqueous solution can be supplied to the joined body. A fuel supply port 100 for supplying an aqueous methanol solution to the fuel flow path 10 is provided upstream of the fuel flow path 10. Further, a fuel discharge port 101 for discharging the methanol aqueous solution flowing through the fuel flow path 10 to the outside of the separator 1 is provided downstream of the fuel flow path 11.

この燃料流路10は、燃料供給口100側の上流から燃料排出口101側の下流に向かって徐々に深くなるように形成されている。燃料流路10は、発電反応で発生する二酸化炭素によってメタノール水溶液の流れが悪くなり、発電反応の効率低下を招く。したがって、流路を徐々に深くすることにより、流路の傾斜を利用して流路内の二酸化炭素を燃料排出口101の方向に移動させやすくすることができる。したがって、二酸化炭素の排出性を向上させることができる。   The fuel flow path 10 is formed so as to gradually become deeper from the upstream on the fuel supply port 100 side toward the downstream on the fuel discharge port 101 side. In the fuel flow path 10, the flow of the methanol aqueous solution is deteriorated by carbon dioxide generated by the power generation reaction, and the efficiency of the power generation reaction is reduced. Therefore, by gradually deepening the flow path, it is possible to easily move the carbon dioxide in the flow path toward the fuel discharge port 101 using the inclination of the flow path. Therefore, the carbon dioxide emission can be improved.

燃料流路10の一端に接続されている燃料供給口100は、セパレータ1を貫通するように形成されている。そのため、セパレータ1と電解質を一対の電極で挟んだ接合体とを交互に積層させる際、各セパレータ1の燃料供給口100を連通させることができる。例えば、セパレータ1と接合体とを積層した積層体の最下面のセパレータ1の燃料供給口100にメタノール水溶液を供給することで、連通している燃料供給口100を経由して、各セパレータ1の燃料流路10にメタノール水溶液を供給することができる。この燃料供給口100の形状大きさ等は、セパレータ1の形状や大きさ、セパレータ1に形成される燃料流路10の形状や数等により適宜変更することができる。   A fuel supply port 100 connected to one end of the fuel flow path 10 is formed so as to penetrate the separator 1. Therefore, when alternately laminating the separator 1 and the joined body in which the electrolyte is sandwiched between the pair of electrodes, the fuel supply port 100 of each separator 1 can be communicated. For example, by supplying a methanol aqueous solution to the fuel supply port 100 of the lowermost separator 1 of the laminated body in which the separator 1 and the joined body are stacked, each of the separators 1 is connected via the fuel supply port 100 that is in communication. An aqueous methanol solution can be supplied to the fuel flow path 10. The shape and size of the fuel supply port 100 can be appropriately changed depending on the shape and size of the separator 1 and the shape and number of the fuel flow paths 10 formed in the separator 1.

燃料排出口101は、燃料供給口100が接続された燃料流路10の他方の一端に接続され、セパレータ1を貫通するように形成されている。そのため、セパレータ1と電解質を一対の電極で挟んだ接合体とを交互に積層させる際、各セパレータ1の燃料排出口101を連通させることができる。したがって、この燃料排出口101からメタノール水溶液を排出することができる。この燃料排出口101の形状や大きさ等は、セパレータ1の形状や大きさ、セパレータ1に形成される燃料流路10の形状や数等により適宜変更することができる。   The fuel discharge port 101 is connected to the other end of the fuel flow path 10 to which the fuel supply port 100 is connected, and is formed so as to penetrate the separator 1. Therefore, when alternately laminating the separator 1 and the joined body in which the electrolyte is sandwiched between the pair of electrodes, the fuel discharge port 101 of each separator 1 can be communicated. Therefore, the methanol aqueous solution can be discharged from the fuel discharge port 101. The shape, size, and the like of the fuel discharge port 101 can be changed as appropriate depending on the shape and size of the separator 1 and the shape and number of the fuel flow paths 10 formed in the separator 1.

酸化剤ガス流路11は、セパレータ1の上記燃料流路10が形成された面の反対側の面に形成されている。酸化剤ガス流路11は、酸化剤ガスである空気を流す流路であり、この酸化剤ガス流路11に空気を供給することにより、接合体に空気を供給することができる。酸化剤ガス流路11の上流には、空気を酸化剤ガス流路11に供給する酸化剤ガス供給口110を有している。また、酸化剤ガス流路11の下流には、酸化剤ガス流路11を流れてきた空気をセパレータ1外に排出する酸化剤ガス排出口111が接続されるように設けられている。   The oxidant gas channel 11 is formed on the surface of the separator 1 opposite to the surface on which the fuel channel 10 is formed. The oxidant gas passage 11 is a passage through which air, which is an oxidant gas, flows. By supplying air to the oxidant gas passage 11, air can be supplied to the joined body. An oxidant gas supply port 110 that supplies air to the oxidant gas flow path 11 is provided upstream of the oxidant gas flow path 11. Further, an oxidant gas discharge port 111 for discharging the air flowing through the oxidant gas flow path 11 to the outside of the separator 1 is provided downstream of the oxidant gas flow path 11.

この酸化剤ガス流路11は、酸化剤ガス供給口110側の上流から酸化剤ガス排出口111側の下流に向かって徐々に深くなるように形成されている。酸化剤ガス流路11は、発電反応で発生する水によって、流路に供給される空気の流れが悪くなり、発電反応の効率低下を招く。したがって、流路を徐々に深くすることにより、流路の傾斜を利用して流路内の水を酸化剤ガス排出口111の方向に移動させやすくすることができる。したがって、水の排出性を向上させることができる。   The oxidant gas flow path 11 is formed so as to gradually deepen from the upstream side of the oxidant gas supply port 110 side toward the downstream side of the oxidant gas discharge port 111 side. In the oxidant gas flow path 11, the flow of air supplied to the flow path is deteriorated by water generated by the power generation reaction, and the efficiency of the power generation reaction is reduced. Therefore, by gradually deepening the flow path, the water in the flow path can be easily moved in the direction of the oxidant gas discharge port 111 using the inclination of the flow path. Therefore, the water discharge performance can be improved.

酸化剤ガス流路11の一端に接続されている酸化剤ガス供給口110は、セパレータ1を貫通するように形成されている。そのため、セパレータ1と電解質を一対の電極で挟んだ接合体とを交互に積層させる際、各セパレータ1の酸化剤ガス供給口110を連通させることができる。例えば、セパレータ1と接合体とを積層した積層体の最下面のセパレータ1の酸化剤ガス供給口110に空気を供給することで、連通している酸化剤ガス供給口110を経由して、各セパレータ1の酸化剤ガス流路11に空気を供給することができる。   An oxidant gas supply port 110 connected to one end of the oxidant gas flow path 11 is formed so as to penetrate the separator 1. Therefore, when the separator 1 and the joined body in which the electrolyte is sandwiched between the pair of electrodes are alternately stacked, the oxidant gas supply port 110 of each separator 1 can be communicated. For example, by supplying air to the oxidant gas supply port 110 of the separator 1 on the lowermost surface of the laminated body in which the separator 1 and the joined body are stacked, Air can be supplied to the oxidant gas flow path 11 of the separator 1.

酸化剤ガス排出口111は、酸化剤ガス供給口110が接続された酸化剤ガス流路11の他方の一端に接続され、セパレータ1を貫通するように形成されている。そのため、セパレータ1と電解質を一対の電極で挟んだ接合体とを交互に積層させる際、各セパレータ1の酸化剤ガス排出口111を連通させることができる。したがって、この酸化剤ガス排出口111から空気を排出することができる。この酸化剤ガス排出口111の形状や大きさ等は、セパレータ1の形状や大きさ、セパレータ1に形成される酸化剤ガス流路11の形状や数等により適宜変更することができる。   The oxidant gas discharge port 111 is connected to the other end of the oxidant gas flow path 11 to which the oxidant gas supply port 110 is connected, and is formed so as to penetrate the separator 1. Therefore, when the separator 1 and the joined body in which the electrolyte is sandwiched between the pair of electrodes are alternately stacked, the oxidant gas discharge port 111 of each separator 1 can be communicated. Therefore, air can be discharged from the oxidant gas discharge port 111. The shape, size, and the like of the oxidant gas discharge port 111 can be changed as appropriate depending on the shape and size of the separator 1 and the shape, number, and the like of the oxidant gas flow path 11 formed in the separator 1.

図4は、本発明のセパレータの燃料流路と酸化剤ガス流路との関係を示す図である。本発明のセパレータ1は、燃料流路10の上流側を、酸化剤ガス流路11の下流側を形成する領域に対応するセパレータ1の反対側の面の領域に形成し、燃料流路10の下流側を、酸化剤ガス流路11の上流側を形成する領域に対応するセパレータ1の反対側の面の領域に形成している。燃料流路10と酸化剤ガス流路11は略同じで一様な流路幅を有している。そのため、図4のように、燃料流路10と酸化剤ガス流路11の陰影が概ね重なるように両流路が形成されている。これにより、接合体を介して本発明のセパレータ1を積層させても、燃料流路10の近くに別のセパレータ1の酸化剤ガス流路11を備えることができる。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the fuel flow path and the oxidant gas flow path of the separator of the present invention. In the separator 1 of the present invention, the upstream side of the fuel flow path 10 is formed in a region on the opposite surface of the separator 1 corresponding to the region forming the downstream side of the oxidant gas flow path 11. The downstream side is formed in a region on the opposite surface of the separator 1 corresponding to a region forming the upstream side of the oxidizing gas channel 11. The fuel channel 10 and the oxidant gas channel 11 are substantially the same and have a uniform channel width. Therefore, as shown in FIG. 4, both flow paths are formed so that the shadows of the fuel flow path 10 and the oxidant gas flow path 11 substantially overlap. Thereby, even if the separator 1 of the present invention is laminated through the joined body, the oxidant gas flow path 11 of another separator 1 can be provided near the fuel flow path 10.

図5は、図3で示された本発明のセパレータのB−B'断面形状を示す断面図である。本発明のセパレータ1は、図5のように、流路上流側の流路深さが比較的浅い部分と、流路下流側の流路深さが比較的深い部分を組み合わせられるように形成されている。したがって、流路の一方のみを徐々に深くする場合や、両流路の深い部分同士を組み合わせて形成する場合に比べてセパレータを薄くすることができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a BB ′ cross-sectional shape of the separator of the present invention shown in FIG. 3. As shown in FIG. 5, the separator 1 of the present invention is formed so that a portion having a relatively shallow channel depth on the upstream side of the channel and a portion having a relatively deep channel depth on the downstream side of the channel can be combined. ing. Therefore, the separator can be made thinner compared to the case where only one of the channels is gradually deepened or when the deep portions of both channels are combined.

図6は、従来のセパレータと本発明のセパレータとの流路深さに関する模式図である。すなわち、両流路を直線状にした場合の両流路と両流路の供給口を示す図である。従来の流路深さに変化のない流路を有するセパレータでは、流路深さに変化がないため、セパレータの厚さは流路の深さに依存する。したがって、流路深さを深くしようとする場合、流路の深さの分だけセパレータが厚くなってしまう。   FIG. 6 is a schematic diagram relating to the flow path depth between the conventional separator and the separator of the present invention. That is, it is a figure which shows the supply port of both the flow paths when both flow paths are made linear. In a separator having a flow path with no change in the conventional flow path depth, the flow path depth does not change, so the thickness of the separator depends on the depth of the flow path. Therefore, when attempting to increase the flow path depth, the separator becomes thicker by the depth of the flow path.

一方、図6のように、本発明のセパレータ1は、一方の流路の流路深さの深い部分と他方の流路の浅い部分とを組み合わせることで、お互いの流路が補完され、流路深さの増加に伴うセパレータ1の厚さの増加を抑制することができる。すなわち、本発明のセパレータ1は、流路深さを深くすることができるとともにセパレータの厚さを比較的薄くすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 6, the separator 1 of the present invention combines a flow path depth of one flow path and a shallow flow path of the other flow path so that each flow path is complemented. The increase in the thickness of the separator 1 accompanying the increase in the path depth can be suppressed. That is, the separator 1 of the present invention can increase the depth of the flow path and can relatively reduce the thickness of the separator.

上述のように、本発明のセパレータ1は、流路深さを徐々に深くする燃料流路10と、酸化剤ガス流路11を備えており、燃料流路10の上流側を酸化剤ガス流路11の下流側の領域に対応する反対側の面の領域に形成し、燃料流路11の下流側を酸化剤ガス流路11の上流側の領域に対応する反対側の面の領域に形成されている。   As described above, the separator 1 of the present invention includes the fuel flow path 10 and the oxidant gas flow path 11 that gradually increase the flow path depth, and the oxidant gas flow is provided upstream of the fuel flow path 10. It is formed in the area of the opposite surface corresponding to the downstream area of the passage 11, and the downstream side of the fuel flow path 11 is formed in the area of the opposite surface corresponding to the upstream area of the oxidant gas flow path 11. Has been.

燃料であるメノタール水溶液は、燃料供給口100から供給される。燃料供給口100は、各セパレータ1に連通しているため、燃料供給口100に供給されたメタノール水溶液は、接続されている各セパレータ1の燃料流路10に流入する。   The aqueous menotal solution that is the fuel is supplied from the fuel supply port 100. Since the fuel supply port 100 communicates with each separator 1, the aqueous methanol solution supplied to the fuel supply port 100 flows into the fuel flow path 10 of each connected separator 1.

燃料流路10に流入したメタノール水溶液は、燃料流路10の下流側に移動しながら、上記の発電反応を起こす。そして、メタノール水溶液は、混入した二酸化炭素とともに燃料排出口101を介してセパレータ1外に排出される。   The aqueous methanol solution that has flowed into the fuel flow path 10 causes the above-described power generation reaction while moving downstream of the fuel flow path 10. The methanol aqueous solution is discharged out of the separator 1 through the fuel discharge port 101 together with the mixed carbon dioxide.

一方、酸化剤ガスである酸素は、酸化剤ガス供給口110から供給される。酸化剤ガス供給口110も燃料供給口100と同様に各セパレータ1で連通しているため、酸化剤ガス供給口110に供給された空気は、各セパレータ1の酸化剤ガス供給口110に接続された酸化剤ガス流路11に流入する。   On the other hand, oxygen, which is an oxidant gas, is supplied from the oxidant gas supply port 110. Since the oxidant gas supply port 110 communicates with each separator 1 in the same manner as the fuel supply port 100, the air supplied to the oxidant gas supply port 110 is connected to the oxidant gas supply port 110 of each separator 1. Into the oxidant gas flow path 11.

酸化剤ガス流路11に流入した空気は、酸化剤ガス流路11の下流側に移動しながら、上記の発電反応を起こす。そして、空気は、混入した水とともに酸化剤ガス排出口111を介してセパレータ1外に排出される。   The air that has flowed into the oxidant gas flow path 11 causes the above power generation reaction while moving to the downstream side of the oxidant gas flow path 11. And air is discharged | emitted out of the separator 1 through the oxidizing gas discharge port 111 with the mixed water.

燃料流路10にメタノール水溶液、酸化剤ガス流路11に空気が供給されることにより、接合体で発電反応が起こる。発電反応により、メタノール水溶液中のメタノールの一部及び空気中の酸素の一部が使用され、二酸化炭素と水が発生する。二酸化炭素は、燃料流路10側で発生するため、燃料流路10に混入し、水は、酸化剤ガス流路11側で発生するため、酸化剤ガス流路11に混入する。   When the methanol aqueous solution is supplied to the fuel flow path 10 and the air is supplied to the oxidant gas flow path 11, a power generation reaction occurs in the joined body. Due to the power generation reaction, a part of methanol in the aqueous methanol solution and a part of oxygen in the air are used to generate carbon dioxide and water. Since carbon dioxide is generated on the fuel flow path 10 side, it is mixed in the fuel flow path 10, and water is generated on the oxidant gas flow path 11 side, so that it is mixed in the oxidant gas flow path 11.

燃料流路10側で発生した二酸化炭素は、メタノール水溶液の流れる燃料流路10に混入する。このとき、本発明のセパレータ1は、燃料流路10を上流から下流に向かって徐々に深くすることで、燃料流路10に混入した二酸化炭素の排出性を向上させることができる。   Carbon dioxide generated on the fuel flow path 10 side is mixed into the fuel flow path 10 through which the aqueous methanol solution flows. At this time, the separator 1 of the present invention can improve the discharge of carbon dioxide mixed in the fuel flow path 10 by gradually deepening the fuel flow path 10 from upstream to downstream.

気体である二酸化炭素は、一般にメタノール水溶液よりもより上方に移動し、メタノール水溶液は、二酸化炭素よりも下方に移動する。したがって、接合体に対して上方に燃料流路10を形成することによって、上流から下流に向かって徐々に深くした流路深さを利用して、二酸化炭素を下流の方に移動させやすくすることができる。これにより、燃料流路10に混入する二酸化炭素の排出性を向上させることができる。   Carbon dioxide, which is a gas, generally moves higher than an aqueous methanol solution, and the aqueous methanol solution moves lower than carbon dioxide. Therefore, by forming the fuel flow path 10 above the joined body, the flow path depth gradually deepened from the upstream to the downstream is utilized to facilitate the movement of carbon dioxide downstream. Can do. Thereby, the discharge property of the carbon dioxide mixed in the fuel flow path 10 can be improved.

また、酸化剤ガス流路11側で発生した水は、空気が流れる酸化剤ガス流路11に混入する。このとき、酸化剤ガス流路11は、上流から下流に向かって徐々に深くするように形成されている。そのため、酸化剤ガス流路11に混入した水の排出性を向上させることができる。   Further, water generated on the oxidant gas flow path 11 side is mixed into the oxidant gas flow path 11 through which air flows. At this time, the oxidant gas flow path 11 is formed so as to gradually deepen from the upstream toward the downstream. Therefore, it is possible to improve the discharge performance of the water mixed in the oxidant gas channel 11.

液体である水は、一般に空気よりも下方に移動し、空気は、水よりも上方に移動する。酸化剤ガス流路11は、上流から下流に向かって流路深さを徐々に深くするため、酸化剤ガス流路11の底面は、上流から下流に向かって傾斜している。したがって、酸化剤ガス流路11に混入した水は、下流に向かって移動しやすくなる。これにより、酸化剤ガス流路11に混入する水の排出性を向上させることができる。   Water, which is a liquid, generally moves below air, and air moves above water. Since the oxidizing gas channel 11 gradually increases the depth of the channel from upstream to downstream, the bottom surface of the oxidizing gas channel 11 is inclined from upstream to downstream. Therefore, the water mixed in the oxidant gas channel 11 is likely to move downstream. Thereby, the discharge property of the water mixed in the oxidant gas channel 11 can be improved.

本発明のセパレータ1は、上述のように、一定の流路幅を有する流路を有するものに限られるものではない。例えば、流路の幅を徐々に広くするように形成されていてもよく、流路の幅を徐々に狭くするように形成されていてもよい。   As described above, the separator 1 of the present invention is not limited to one having a flow path having a constant flow path width. For example, it may be formed so that the width of the flow path is gradually widened, or may be formed so that the width of the flow path is gradually narrowed.

図7は、燃料流路及び酸化剤ガス流路の幅を徐々に広くした本発明のセパレータの平面図である。図中の点線は、裏面側の流路を示す図である。セパレータ3は、図7に示されるように、一方の面に燃料流路30を有し、他方の面に酸化剤ガス流路31を備えている。そして、燃料流路30は、燃料供給口300から燃料排出口301に向かって、徐々に流路深さを深くするように形成されている。一方、酸化剤ガス流路31は、図示されてない酸化剤ガス供給口から酸化剤ガス排出口311に向かって徐々に流路深さを深くするように形成されている。   FIG. 7 is a plan view of the separator of the present invention in which the widths of the fuel flow path and the oxidant gas flow path are gradually increased. The dotted line in the figure is a diagram showing the flow path on the back side. As shown in FIG. 7, the separator 3 has a fuel flow path 30 on one side and an oxidant gas flow path 31 on the other side. The fuel flow path 30 is formed so as to gradually increase the flow path depth from the fuel supply port 300 toward the fuel discharge port 301. On the other hand, the oxidant gas flow path 31 is formed so as to gradually increase the flow path depth from an oxidant gas supply port (not shown) toward the oxidant gas discharge port 311.

図7のように、燃料流路30と酸化剤ガス流路31との陰影は、概ね重なった状態となっており、このセパレータ3を電解質を一対の電極で挟んだ接合体を介して積層しても、上述のように、燃料流路30と別のセパレータ3の酸化剤ガス流路31を備えることができる。   As shown in FIG. 7, the shadows of the fuel flow path 30 and the oxidant gas flow path 31 are substantially overlapped, and the separator 3 is laminated via a joined body in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes. However, as described above, the fuel gas channel 30 and the oxidant gas channel 31 of the separator 3 can be provided.

図8は、図7で示された本発明のセパレータのC−C'断面形状を示す断面図である。本発明のセパレータ3は、図8のように、流路上流側の流路深さが比較的浅い部分と、流路下流側の流路深さが比較的深い部分を組み合わせられるように形成されている。したがって、流路の一方のみを徐々に深くする場合や、両流路の深い部分同士を組み合わせて形成する場合に比べてセパレータを薄くすることができる。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a CC ′ cross-sectional shape of the separator of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 8, the separator 3 of the present invention is formed so that a portion having a relatively shallow channel depth on the upstream side of the channel and a portion having a relatively deep channel depth on the downstream side of the channel can be combined. ing. Therefore, the separator can be made thinner compared to the case where only one of the channels is gradually deepened or when the deep portions of both channels are combined.

このように、流路幅を広くすることにより、水及び二酸化炭素の排出性をより向上させることができる。このとき、接合体を介して燃料流路と酸化剤ガス流路とを極力対向させるように形成することで、流路中のメタノールと酸素とを極力近接させることができ、発電反応の効率を向上させることができる。   In this way, by increasing the width of the flow path, the water and carbon dioxide discharge properties can be further improved. At this time, by forming the fuel flow path and the oxidant gas flow path as opposed to each other as much as possible via the joined body, methanol and oxygen in the flow path can be made as close as possible, and the efficiency of the power generation reaction can be improved. Can be improved.

図9は、燃料流路及び酸化剤ガス流路の幅を徐々に狭くした本発明のセパレータの平面図である。図中の点線は、裏面側の流路を示す図である。セパレータ4は、図9に示されるように、一方の面に燃料流路40を有し、他方の面に酸化剤ガス流路41を備えている。そして、燃料流路40は、燃料供給口400から燃料排出口401に向かって、徐々に流路深さを深くするように形成されている。一方、酸化剤ガス流路41は、図示されてない酸化剤ガス供給口から酸化剤ガス排出口411に向かって徐々に流路深さを深くするように形成されている。   FIG. 9 is a plan view of the separator of the present invention in which the widths of the fuel flow path and the oxidant gas flow path are gradually narrowed. The dotted line in the figure is a diagram showing the flow path on the back side. As shown in FIG. 9, the separator 4 has a fuel channel 40 on one surface and an oxidant gas channel 41 on the other surface. The fuel flow path 40 is formed so as to gradually increase the flow path depth from the fuel supply port 400 toward the fuel discharge port 401. On the other hand, the oxidizing gas channel 41 is formed so as to gradually increase the channel depth from an oxidizing gas supply port (not shown) toward the oxidizing gas discharge port 411.

図9のように、燃料流路40と酸化剤ガス流路41との陰影は、概ね重なった状態となっており、このセパレータ4を電解質を一対の電極で挟んだ接合体を介して積層しても、上述のように、燃料流路40と別のセパレータ3の酸化剤ガス流路41を備えることができる。   As shown in FIG. 9, the shadows of the fuel flow path 40 and the oxidant gas flow path 41 are substantially overlapped, and the separator 4 is laminated via a joined body in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes. However, as described above, the fuel gas channel 40 and the oxidant gas channel 41 of the separator 3 can be provided.

図10は、図9で示された本発明のセパレータのD−D'断面形状を示す断面図である。本発明のセパレータ4は、図10のように、流路上流側の流路深さが比較的浅い部分と、流路下流側の流路深さが比較的深い部分を組み合わせられるように形成されている。したがって、流路の一方のみを徐々に深くする場合や、両流路の深い部分同士を組み合わせて形成する場合に比べてセパレータを薄くすることができる。   10 is a cross-sectional view showing a DD ′ cross-sectional shape of the separator of the present invention shown in FIG. 9. As shown in FIG. 10, the separator 4 of the present invention is formed so that a portion having a relatively shallow channel depth on the upstream side of the channel and a portion having a relatively deep channel depth on the downstream side of the channel can be combined. ing. Therefore, the separator can be made thinner compared to the case where only one of the channels is gradually deepened or when the deep portions of both channels are combined.

このように、流路深さを徐々に深くするとともに流路幅を徐々に狭くすることにより、流路の断面積の変化を大きくしないようにすることができ、流速の現象を防ぐことができる。このとき、接合体を介して燃料流路と酸化剤ガス流路とを極力対向させるように形成することで、流路中のメタノールと酸素とを極力近接させることができ、発電反応の効率を向上させることができる。   Thus, by gradually increasing the flow path depth and gradually reducing the flow path width, the change in the cross-sectional area of the flow path can be prevented from becoming large, and the phenomenon of flow velocity can be prevented. . At this time, by forming the fuel flow path and the oxidant gas flow path as opposed to each other as much as possible via the joined body, methanol and oxygen in the flow path can be made as close as possible, and the efficiency of the power generation reaction can be improved. Can be improved.

また、例えば、燃料流路の流路幅を上流から下流に向かって徐々に広くし、酸化剤ガス流路の流路幅を上流から下流に向かって徐々に狭くするように形成されていてもよく、またその逆でもよい。メタノール水溶液や空気の流入量や、接合体での発電反応の効率等に応じて適宜変更することができる。   Further, for example, the flow path width of the fuel flow path may be gradually increased from upstream to downstream, and the flow path width of the oxidant gas flow path may be gradually decreased from upstream to downstream. Good and vice versa. It can be appropriately changed according to the inflow amount of the methanol aqueous solution or air, the efficiency of the power generation reaction in the joined body, and the like.

次に、本発明の燃料電池スタックについて説明する。本発明の燃料電池スタック5は、図11のように、ベースプレート50上に、電解質20を電極21及び電極22で挟んだ接合体2と、接合体2を挟む上記で説明したセパレータ1とを交互に積層させ、最上に平板状のエンドプレート51を備え、図示されていない締結ボルトなどで加圧締結されたものである。   Next, the fuel cell stack of the present invention will be described. In the fuel cell stack 5 of the present invention, as shown in FIG. 11, a joined body 2 in which an electrolyte 20 is sandwiched between electrodes 21 and 22 and a separator 1 described above that sandwiches the joined body 2 are alternately arranged on a base plate 50. The flat end plate 51 is provided on the top and is press-fitted with a fastening bolt (not shown).

接合体2は、プロトンを透過させる略長方形膜状の電解質20、発電反応における触媒を有する電極21及び電極22からなり、電解質20を電極21及び電極22により挟み、張り合わせて形成される。プロトンを透過させる電解質20は、透過性と耐酸化性と耐熱性とを兼ね備えた材質で形成され、その材質の一例として、パーフルオロスルホン酸ポリマー等の固体高分子が挙げられる。電極21及び電極22は、金属材料や炭素材料、導電性を有する不繊布などを用いて構成され、例えば、炭素材料を用いる場合、炭素材料の多孔質表面に白金などの触媒を担持させても良い。また、接合体2の電極21及び電極22とセパレータ1との接触面には、カーボンペーパー等からなるガス透過性と電気伝導性とを兼ね備えた拡散層を配してもよい。電解質20、電極21及び電極22の大きさ及び形状は、要求される発電能力や後述するセパレータ1の大きさ及び形状等により適宜変更される。   The joined body 2 includes a substantially rectangular membrane-shaped electrolyte 20 that allows protons to permeate, an electrode 21 and an electrode 22 that have a catalyst in a power generation reaction, and the electrolyte 20 is sandwiched between the electrodes 21 and 22 and bonded together. The electrolyte 20 that allows protons to permeate is formed of a material that has both permeability, oxidation resistance, and heat resistance. An example of the material is a solid polymer such as a perfluorosulfonic acid polymer. The electrode 21 and the electrode 22 are configured using a metal material, a carbon material, a conductive non-woven cloth, or the like. For example, when a carbon material is used, a catalyst such as platinum is supported on the porous surface of the carbon material. good. Further, a diffusion layer having both gas permeability and electrical conductivity made of carbon paper or the like may be disposed on the contact surface between the electrode 21 and the electrode 22 of the joined body 2 and the separator 1. The size and shape of the electrolyte 20, the electrode 21, and the electrode 22 are appropriately changed depending on the required power generation capacity, the size and shape of the separator 1 described later, and the like.

ベースプレート50は、上述したセパレータ1の燃料供給口、燃料排出口、酸化剤ガス供給口、及び、酸化剤ガス排出口が設けられ、燃料流路を流れるメタノールス溶液や酸化剤ガス流路を流れる空気をセパレータ1に供給及び排出させることができる。   The base plate 50 is provided with the fuel supply port, the fuel discharge port, the oxidant gas supply port, and the oxidant gas discharge port of the separator 1 described above, and flows through the methanol gas solution and the oxidant gas flow channel that flow through the fuel flow channel. Air can be supplied to and discharged from the separator 1.

平板状のエンドプレート51は、積層させたセパレータ1と接合体2とを締結ボルト等によって加圧締結することができる。加圧締結されることにより、セパレータ1のシール剤等でセパレータ1と接合体2及びセパレータ1同士が密着し、空気とメタノールの漏洩を防止することができる。   The flat end plate 51 can press-fasten the laminated separator 1 and the joined body 2 with fastening bolts or the like. By being fastened and fastened, the separator 1, the joined body 2, and the separator 1 are brought into close contact with each other with the sealant of the separator 1, and leakage of air and methanol can be prevented.

上記の燃料電池スタック5は、メタノール水溶液を燃料供給口を介して燃料流路10に供給するとともに、酸化剤ガス供給口を介して酸化剤ガス流路11に空気を供給することにより、発電セル20で以下のような反応を行うことができる。メタノール水溶液は、接合体2の電極21において、メタノール水溶液中の水とメタノールによってCHOH+HO→CO+6H+6eという反応が起こる。この反応で発生するプロトン(H)は、接合体2の電解質膜20を透過し接合体2の電極22に移動する。また、発生した電子(e)は、電極21から外部回路を通り電極22に移動する。移動してきたプロトンと電子は、電極22において、供給される空気中の酸素と、3/2O+6H+6e→3HOという反応を起こす。したがって、本発明の燃料電池スタック5は、メタノール水溶液と空気を供給することにより発電反応を行うことができる。 The fuel cell stack 5 supplies a methanol aqueous solution to the fuel flow path 10 via the fuel supply port and supplies air to the oxidant gas flow path 11 via the oxidant gas supply port, thereby generating a power generation cell. The following reaction can be carried out at 20. In the aqueous solution of methanol, a reaction of CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e occurs at the electrode 21 of the assembly 2 by water and methanol in the aqueous methanol solution. Proton (H + ) generated by this reaction passes through the electrolyte membrane 20 of the joined body 2 and moves to the electrode 22 of the joined body 2. The generated electrons (e ) move from the electrode 21 to the electrode 22 through the external circuit. The protons and electrons that have moved cause a reaction of 3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O with oxygen in the supplied air at the electrode 22. Therefore, the fuel cell stack 5 of the present invention can perform a power generation reaction by supplying a methanol aqueous solution and air.

このように、メタノール水溶液と空気を供給することで発電反応を起こすことができるが、発電反応により、燃料流路には、二酸化炭素が発生し、酸化剤ガス流路には、水が発生する。この二酸化炭素と水は、発電反応の妨げとなってしまう。本発明の燃料電池スタック5は、上記のセパレータ1を用いることで、二酸化炭素と水の排出性を高めることができる。すなわち、効率的な発電を行うことができる。   As described above, a power generation reaction can be caused by supplying an aqueous methanol solution and air. However, due to the power generation reaction, carbon dioxide is generated in the fuel flow path and water is generated in the oxidant gas flow path. . This carbon dioxide and water interfere with the power generation reaction. The fuel cell stack 5 of the present invention can improve the discharge of carbon dioxide and water by using the separator 1 described above. That is, efficient power generation can be performed.

以上、本発明にかかるセパレータ1と燃料電池スタック5について説明したが、本発明に使用される燃料としては、メタノールだけに限られるものではなく、通常の燃料電池で使用されている燃料を利用することもできる。例えば、エタノールやジメチルエーテルなどを使用することもできる。   The separator 1 and the fuel cell stack 5 according to the present invention have been described above. However, the fuel used in the present invention is not limited to methanol, and the fuel used in a normal fuel cell is used. You can also. For example, ethanol or dimethyl ether can also be used.

従来のセパレータの酸化剤ガス流路側を示す平面図である。It is a top view which shows the oxidizing agent gas flow path side of the conventional separator. 従来のセパレータのA−A'断面図である。It is AA 'sectional drawing of the conventional separator. 本発明のセパレータの一例を示す平面図である。(a)は、燃料流路側を示す平面図であり、(b)は、酸化剤ガス流路側を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the separator of this invention. (A) is a top view which shows the fuel flow path side, (b) is a top view which shows the oxidant gas flow path side. 本発明のセパレータの燃料流路と酸化剤ガス流路の関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the fuel flow path and oxidant gas flow path of the separator of this invention. 図3に示された本発明のセパレータのB−B'断面図である。It is BB 'sectional drawing of the separator of this invention shown by FIG. 本発明のセパレータの流路深さに関する模式図である。It is a schematic diagram regarding the flow path depth of the separator of this invention. 本発明の徐々に流路幅を広くするセパレータの燃料流路と酸化剤ガス流路の関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the fuel flow path and the oxidizing gas flow path of the separator which gradually widens the flow path width of the present invention. 図7で示された本発明の徐々に流路幅を広くするセパレータのC−C'断面図である。It is CC 'sectional drawing of the separator which widens the flow-path width | variety of this invention shown by FIG. 本発明の徐々に流路幅を狭くするセパレータの燃料流路と酸化剤ガス流路の関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the fuel flow path and oxidant gas flow path of the separator which narrows a flow path width of this invention gradually. 図9で示された本発明の狭くに流路幅を広くするセパレータのD−D'断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the separator DD ′ of the present invention shown in FIG. 本発明の燃料電池スタックの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the fuel cell stack of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、3、4、9 セパレータ
10、30、40 燃料流路
100、300、400 燃料供給口
101、301、401 燃料排出口
11、31、41、90 酸化剤ガス流路
110、310、410 酸化剤ガス供給口
111、311、411 酸化剤ガス排出口
2 接合体
20 電解質
21、22 電極
5 燃料電池
50 ベースプレート
51 エンドプレート
91 酸化剤ガス流路入口
92 酸化剤ガス流路出口
93 燃料流路入口
94 燃料流路出口

1, 3, 4, 9 Separator 10, 30, 40 Fuel flow path 100, 300, 400 Fuel supply port 101, 301, 401 Fuel discharge port 11, 31, 41, 90 Oxidant gas flow path 110, 310, 410 Oxidation Oxidant gas supply port 111, 311, 411 Oxidant gas discharge port 2 Assembly 20 Electrolyte 21, 22 Electrode 5 Fuel cell 50 Base plate 51 End plate 91 Oxidant gas channel inlet 92 Oxidant gas channel outlet 93 Fuel channel inlet 94 Fuel channel outlet

Claims (7)

一対の電極で電解質を挟む接合体と交互に積層されるセパレータであって、
燃料を流すために平板状部材の一方の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された燃料流路と、
酸化剤ガス流路を流すために上記燃料流路を有する面の反対側の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された酸化剤ガス流路とを有し、
上記燃料流路の上流側は、上記酸化剤ガス流路の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成され、
上記燃料流路の下流側は、上記酸化剤ガス流路の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成されること
を特徴とするセパレータ。
A separator alternately laminated with a joined body sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes,
A fuel flow path formed to gradually increase the depth from upstream to downstream on one surface of the flat plate member for flowing fuel;
An oxidant gas channel formed so as to gradually increase the depth from upstream to downstream on the surface opposite to the surface having the fuel channel in order to flow the oxidant gas channel;
The upstream side of the fuel flow path is formed in a region of the opposite surface corresponding to the region forming the downstream side of the oxidant gas flow path,
The separator is characterized in that the downstream side of the fuel flow path is formed in an area on the opposite side corresponding to the area forming the upstream side of the oxidant gas flow path.
上記燃料流路は、上流から下流に向かって流路幅を広くすることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the fuel passage has a wider passage width from upstream to downstream. 上記酸化剤ガス流路は、上流から下流に向かって流路幅を広くすることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the oxidant gas channel has a channel width that increases from upstream to downstream. 上記燃料流路は、上流から下流に向かって流路幅を狭くすることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the fuel passage has a narrower passage width from upstream to downstream. 上記酸化剤ガス流路は、上流から下流に向かって流路幅を狭くすることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   The separator according to claim 1, wherein the oxidant gas flow path has a narrower flow path width from upstream to downstream. 上記燃料流路及び酸化剤ガス流路は、蛇行していることを特徴とする請求項1記載のセパレータ。   2. The separator according to claim 1, wherein the fuel flow path and the oxidant gas flow path meander. 燃料を流すために平板状部材の一方の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された燃料流路、及び、酸化剤ガス流路を流すために上記燃料流路を有する面の反対側の面に上流から下流に向かって深さを徐々に深くするように形成された酸化剤ガス流路とを有し、上記燃料流路の上流側は、上記酸化剤ガス流路の下流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成され、上記燃料流路の下流側は、上記酸化剤ガス流路の上流側を形成する領域に対応する反対側の面の領域に形成されるセパレータにより、
一対の電極で電解質を挟む接合体を挟むこと
を特徴とする燃料電池スタック。

A fuel flow path formed so as to gradually increase in depth from upstream to downstream on one surface of the flat plate member for flowing the fuel, and the fuel flow path for flowing the oxidant gas flow path And an oxidant gas channel formed so as to gradually increase in depth from the upstream side toward the downstream side on the surface opposite to the surface having the oxidant gas. Formed on the opposite surface region corresponding to the region forming the downstream side of the flow path, the downstream side of the fuel flow channel being the opposite side of the region forming the upstream side of the oxidant gas flow channel By the separator formed in the area of the surface,
A fuel cell stack, wherein a joined body that sandwiches an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes.

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