JP2006147467A - Fuel cell and separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが水平方向に積層され、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間には、前記一対の電極の面方向に沿ってそれぞれ反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガス流路の略水平方向に向かう出口側に連通する反応ガス排出連通孔が、前記セパレータの水平方向一端部に形成される燃料電池及び燃料電池用セパレータに関する。 In the present invention, an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked in a horizontal direction, and the pair of electrodes is interposed between the electrolyte / electrode structure and the separator. The reaction gas flow passages for supplying the reaction gas are formed along the surface direction of the reaction gas, and the reaction gas discharge communication holes that penetrate in the stacking direction and communicate with the outlet side of the reaction gas flow channel in the substantially horizontal direction are formed. The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell separator formed at one end in the horizontal direction of the separator.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)と多孔質カーボン(拡散層)からなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持する発電セルにより構成されている。通常、燃料電池では、この発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。 For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode each made of an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (diffusion layer) are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. The power generation cell is sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, in a fuel cell, a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is used.
この種の燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス(反応ガス)、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス(反応ガス)、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。 In this type of fuel cell, the anode side electrode is supplied with a fuel gas (reactive gas), for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas), while the cathode side electrode An oxidant gas (reactive gas), for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.
上記の燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード側電極及びカソード側電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔を備えており、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路の入口及び出口には、前記反応ガス供給連通孔及び前記反応ガス排出連通孔がそれぞれ連通している。 In the above fuel cell, an internal manifold is often configured to supply a fuel gas and an oxidant gas, which are reaction gases, to the anode side electrode and the cathode side electrode of each of the stacked power generation cells. The internal manifold includes a reaction gas supply communication hole and a reaction gas discharge communication hole that are provided so as to penetrate in the stacking direction of the power generation cells, and an inlet and an outlet of a reaction gas channel that supplies the reaction gas along the electrode surface. The reaction gas supply communication hole and the reaction gas discharge communication hole communicate with each other.
ところで、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)には、発電時に生成される反応生成水が導入され易く、この酸化剤ガス排出連通孔内に滞留水が存在する場合がある。一方、燃料ガスが流れる燃料ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)には、生成水の逆拡散や結露等による滞留水が発生するおそれがある。これにより、酸化剤ガス排出連通孔や燃料ガス排出連通孔が滞留水によって縮小又は閉塞され易く、酸化剤ガスや燃料ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題がある。 By the way, reaction product water generated during power generation is easily introduced into the oxidant gas discharge communication hole (reaction gas discharge communication hole) through which the oxidant gas flows, and stagnant water exists in the oxidant gas discharge communication hole. There is a case. On the other hand, in the fuel gas discharge communication hole (reaction gas discharge communication hole) through which the fuel gas flows, there is a risk that stagnant water may be generated due to reverse diffusion or dew condensation of generated water. Accordingly, there is a problem that the oxidizing gas discharge communication hole and the fuel gas discharge communication hole are easily reduced or blocked by the accumulated water, and the flow of the oxidizing gas and the fuel gas is hindered to reduce the power generation performance.
そこで、例えば、特許文献1のガスマニホールド一体型セパレータ及び燃料電池が知られている。この特許文献1では、図6に示すように、セパレータ1の鉛直方向(矢印X方向)上方側に、水平方向(矢印Y方向)一端側に位置して燃料ガス導入マニホールド孔2が設けられている。セパレータ1の鉛直方向下方側には、水平方向他端側に位置して燃料ガス排出マニホールド孔3が設けられている。
Therefore, for example, a gas manifold integrated separator and a fuel cell disclosed in
このセパレータ1の面内には、燃料ガス流路溝部4が設けられている。燃料ガス流路溝部4と燃料ガス導入マニホールド孔2とは、燃料ガス導入口5を介して連結される一方、前記燃料ガス流路溝部4と燃料ガス排出マニホールド孔3とは、燃料ガス排出口6を介して連結されている。セパレータ1の上部には、冷却水導入マニホールド孔7a及び酸化剤ガス導入マニホールド孔8a、8aが設けられる一方、前記セパレータ1の下部には、冷却水排出マニホールド孔7b及び酸化剤ガス排出マニホールド孔8b、8bが設けられている。
A fuel
この場合、燃料ガス導入口5及び燃料ガス排出口6は、それぞれ鉛直方向に延在する複数の燃料ガス通流溝5a、6aを備えている。燃料ガス通流溝5a、6aの幅は、燃料ガス流路溝4の溝幅よりも大きく設定されており、前記燃料ガス通流溝5a、6aの断面積は、前記燃料ガス流路溝4の断面積よりも大きくなっている。
In this case, the fuel
これにより、燃料ガス通流溝5a、6aの流体抵抗を低下させることができ、セパレータ1の燃料ガス流路の流体抵抗を低下させるとともに、凝縮した水を容易に排出することが可能になり、水詰まりを阻止することができる、としている。
As a result, the fluid resistance of the fuel
通常、燃料電池スタックを自動車等の車両に搭載しようとする場合、前記燃料電池スタックを自動車の床下に設置することが最も実用的である。従って、車室内の居住空間を十分に確保するためには、燃料電池スタック全体の高さ方向の寸法を低く設定する必要がある。 Usually, when the fuel cell stack is to be mounted on a vehicle such as an automobile, it is most practical to install the fuel cell stack under the floor of the automobile. Therefore, in order to ensure a sufficient living space in the vehicle compartment, it is necessary to set the height dimension of the entire fuel cell stack low.
そこで、上記のセパレータ1において、高さ方向の寸法である矢印X方向の寸法を低く設定するために、燃料ガス導入マニホールド孔2、冷却水導入マニホールド孔7a及び酸化剤ガス導入マニホールド孔8a、8aと、酸化剤ガス排出マニホールド孔8b、8b、冷却水排出マニホールド孔7b及び燃料ガス排出マニホールド孔3とを、前記セパレータ1の矢印A方向両端部に設けることが考えられる。
Therefore, in the
その際、図7に示すように、燃料ガス流路溝部4の出口近傍は、燃料ガス排出口6に向かって水平方向に延在するとともに、前記燃料ガス排出口6を構成する燃料ガス通流溝6aは、前記燃料ガス流路溝部4と燃料ガス排出マニホールド孔3との間で水平方向に延在することになる。
At that time, as shown in FIG. 7, the vicinity of the outlet of the fuel
しかしながら、燃料ガス通流溝6aが水平方向に配置されるため、燃料ガス流路溝部4に発生する結露水(逆拡散した生成水を含む)が、前記燃料ガス通流溝6に滞留するおそれがある。これにより、燃料ガス通流溝6aが滞留水によって縮小又は閉塞され易く、燃料ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題がある。
However, since the fuel
本発明はこの種の問題を解決するものであり、電解質・電極構造体の発電領域から反応ガス排出連通孔に水を円滑且つ確実に排出するとともに、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能な燃料電池及び燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and smoothly and reliably discharges water from the power generation region of the electrolyte / electrode structure to the reaction gas discharge communication hole, and ensures good power generation performance with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a fuel cell and a fuel cell separator that can be used.
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが水平方向に積層され、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間には、前記一対の電極の面方向に沿ってそれぞれ反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記セパレータの水平方向一端部には、前記反応ガス流路の略水平方向に向かう出口側に連通する反応ガス排出連通孔が積層方向に貫通して形成される燃料電池である。 In the present invention, an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked in a horizontal direction, and the pair of electrodes is interposed between the electrolyte / electrode structure and the separator. A reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the surface direction is formed, and a reaction gas communicating with an outlet side of the reaction gas flow path in a substantially horizontal direction is formed at one end of the separator in the horizontal direction. In this fuel cell, the discharge communication hole is formed so as to penetrate in the stacking direction.
また、本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体と水平方向に交互に積層され、前記一対の電極の面方向に沿ってそれぞれ反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、水平方向一端部には、前記反応ガス流路の略水平方向に向かう出口側に連通する反応ガス排出連通孔が積層方向に貫通して形成される燃料電池用セパレータである。 The present invention also provides an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes is provided on both sides of an electrolyte and is alternately stacked in a horizontal direction, and a reactive gas flow for supplying a reactive gas along the surface direction of the pair of electrodes. A separator for a fuel cell in which a reaction gas discharge communication hole communicating with an outlet side of the reaction gas flow channel extending in a substantially horizontal direction is formed at one end portion in the horizontal direction so as to penetrate in the stacking direction. is there.
そして、セパレータは、少なくとも一方の反応ガス流路(少なくとも酸化剤ガス流路又は燃料ガス流路のいずれか一方)の出口側と反応ガス排出連通孔との間に反応ガス出口通路を設けるとともに、前記反応ガス出口通路は、前記セパレータが水平方向に積層される際に前記反応ガス排出連通孔側に向かって重力方向下方に傾斜している。 The separator is provided with a reaction gas outlet passage between an outlet side of at least one reaction gas passage (at least one of the oxidant gas passage and the fuel gas passage) and the reaction gas discharge communication hole, The reaction gas outlet passage is inclined downward in the gravitational direction toward the reaction gas discharge communication hole when the separators are stacked in the horizontal direction.
さらに、反応ガス出口通路は、反応ガス流路側の端部の少なくとも一部が、前記反応ガス流路の最下部よりも重力方向下方に配置されることが好ましい。このため、反応ガス流路の端部から、すなわち、発電領域から反応ガス出口通路に凝縮水を円滑且つ確実に排出することができる。 Furthermore, it is preferable that at least a part of the end portion on the reaction gas channel side of the reaction gas outlet passage is disposed below the lowermost part of the reaction gas channel in the gravity direction. For this reason, the condensed water can be smoothly and reliably discharged from the end portion of the reaction gas channel, that is, from the power generation region to the reaction gas outlet passage.
さらにまた、反応ガス出口通路の重力方向下方には、反応ガス流路の出口側と反応ガス排出連通孔とを繋ぎ、且つ前記反応ガス流路の最下部よりも重力方向下方に配置される通路が設けられることが好ましい。これにより、通路を介して発電領域から反応ガス出口通路に凝縮水を円滑且つ確実に排出することが可能になる。 Furthermore, below the reaction gas outlet passage in the gravitational direction, a passage connecting the outlet side of the reaction gas passage and the reaction gas discharge communication hole and disposed below the lowermost portion of the reaction gas passage in the gravity direction. Is preferably provided. As a result, the condensed water can be smoothly and reliably discharged from the power generation region to the reaction gas outlet passage through the passage.
本発明によれば、反応ガス流路の出口側と反応ガス排出連通孔とを繋ぐ反応ガス出口通路が、前記反応ガス排出連通孔側に向かって重力方向下方に傾斜している。従って、発電領域に存在する凝縮水は、反応ガス流路に導入されるガス流と重力とを利用して反応ガス排出連通孔に確実に排出される。これにより、発電領域から反応ガス排出連通孔への排水が効率的に遂行され、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能になる。 According to the present invention, the reaction gas outlet passage connecting the outlet side of the reaction gas flow path and the reaction gas discharge communication hole is inclined downward in the gravity direction toward the reaction gas discharge communication hole side. Therefore, the condensed water existing in the power generation region is surely discharged to the reaction gas discharge communication hole using the gas flow introduced into the reaction gas flow path and the gravity. Thereby, drainage from the power generation region to the reaction gas discharge communication hole is efficiently performed, and it is possible to ensure good power generation performance with a simple configuration.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタック10の概略斜視説明図である。この燃料電池スタック10は、車載用として使用されており、図示しないが、例えば、自動車等の車両の床下に収容されている。
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池スタック10は、複数の単セル(燃料電池)12が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、ターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。
The
燃料電池スタック10は、例えば、四角形に構成されるエンドプレート20a、20bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持され、あるいは、矢印A方向に延在する複数のタイロッド(図示せず)により一体的に締め付け保持される。
The
図2に示すように、各単セル12は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1及び第2金属セパレータ24、26とを備える。第1及び第2金属セパレータ24、26は、金属製薄板を波形状やディンプル形状等にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有している。なお、第1及び第2金属セパレータ24、26に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
As shown in FIG. 2, each
電解質膜・電極構造体22は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜28と、該固体高分子電解質膜28を挟持するアノード側電極30及びカソード側電極32とを備える。
The electrolyte membrane /
アノード側電極30及びカソード側電極32は、カーボンペーパ等からなるガス拡散膜(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散膜の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜28の両面に形成される。
The
単セル12の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔42a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)44bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
One edge of the
単セル12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔42b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)40bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
図2及び図3に示すように、第1金属セパレータ24の電解質膜・電極構造体22に向かう面24aには、酸化剤ガス流路(反応ガス流路)46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、複数の酸化剤ガス流路溝46aを有し、前記酸化剤ガス流路溝46aは、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在しており、具体的には、矢印B方向に1往復半だけ屈曲するサーペンタイン流路を構成している。
As shown in FIGS. 2 and 3, an oxidizing gas channel (reactive gas channel) 46 is provided on the
酸化剤ガス流路46の入口側と酸化剤ガス供給連通孔40a及び前記酸化剤ガス流路46の出口側と酸化剤ガス排出連通孔40bとの間に、入口流路部48a及び出口流路部48bが設けられる。入口流路部48aは、バッファ部を構成する複数のエンボス(又はディンプル)50aと、水平方向に延在して酸化剤ガス供給連通孔40aに連通する複数の酸化剤ガス入口通路52aとを備える。
Between the inlet side of the
出口流路部48bは、バッファ部を構成する複数のエンボス(又はディンプル)50bと、酸化剤ガス排出連通孔40bに連通する複数の酸化剤ガス出口通路(反応ガス出口通路)52bとを備える。各酸化剤ガス出口通路52bは、酸化剤ガス排出連通孔40b側(矢印B1方向)に向かって重力方向下方(矢印C1方向)に傾斜して互いに平行に配列される。
The outlet
酸化剤ガス出口通路52bは、酸化剤ガス流路46側の端部の少なくとも一部が、前記酸化剤ガス流路46の最下部よりも重力方向下方に配置される。具体的には、最下位置に配設される酸化剤ガス流路溝46aを構成する凸部54の高さに対して、最下位置に配設される酸化剤ガス出口通路52bを構成する凸部56の前記凸部54側の端部位置が、距離Hだけ下方に設定される。なお、最下位置に配設される酸化剤ガス流路溝46aは、電解質膜・電極構造体22の発電領域の下端位置に対応している。
In the oxidant
酸化剤ガス入口通路52a及び酸化剤ガス出口通路52bには、シールラインに沿ってブリッジ用の板体57a、57bが配設される。
図4に示すように、第2金属セパレータ26の電解質膜・電極構造体22に向かう面26aには、燃料ガス流路(反応ガス流路)58が設けられる。燃料ガス流路58は、酸化剤ガス流路46と同様に、矢印B方向に1往復半だけ屈曲するサーペンタイン流路を構成する複数の燃料ガス流路溝58aを有する。燃料ガス流路58の入口側と燃料ガス供給連通孔44a及び前記燃料ガス流路58の出口側と燃料ガス排出連通孔44bとの間に、入口流路部60a及び出口流路部60bが設けられる。
As shown in FIG. 4, a fuel gas flow path (reactive gas flow path) 58 is provided on a
入口流路部60aは、バッファ部を構成する複数のエンボス(又はディンプル)62aと、水平方向に延在して燃料ガス供給連通孔44aに連通する複数の燃料ガス入口通路64aとを備える。
The inlet
出口流路部60bは、バッファ部を構成する複数のエンボス(又はディンプル)62bと、燃料ガス排出連通孔44bに連通する複数の燃料ガス出口通路(反応ガス出口通路)64bとを備える。各燃料ガス出口通路64bは、燃料ガス排出連通孔44b側(矢印B2方向)に向かって重力方向下方(矢印C1方向)に傾斜して互いに平行に配列される。
The outlet
燃料ガス出口通路64bは、燃料ガス流路58側の端部の少なくとも一部が、前記燃料ガス流路58の最下部よりも重力方向下方に配置される。具体的には、最下位置に配設される燃料ガス流路溝58aを構成する凸部66の高さに対して、最下位置に配設される燃料ガス出口通路64bを構成する凸部68の前記凸部66側の端部位置が、距離Hだけ下方に設定される。
In the fuel
燃料ガス入口通路64a及び燃料ガス出口通路64bには、シールラインに沿ってブリッジ用の板体70a、70bが配設される。
第1金属セパレータ24と第2金属セパレータ26とは、互いに対向する面24b、26bに冷却媒体流路72を一体的に形成する(図2参照)。冷却媒体流路72は、酸化剤ガス流路46の裏面側、及び燃料ガス流路58の裏面側に一体的に形成され、矢印B方向及び矢印C方向に延在する複数の冷却媒体流路溝(図示せず)を有する。この冷却媒体流路72は、冷却媒体供給連通孔42aと冷却媒体排出連通孔42bとに連通する。
The
図2及び図3に示すように、第1金属セパレータ24の面24a、24bには、この第1金属セパレータ24の外周端縁部を周回して第1シール部材74が射出成形等により一体的に設けられる。図2及び図4に示すように、第2金属セパレータ26の面26a、26bには、この第2金属セパレータ26の外周端縁部を周回して第2シール部材76が射出成形等により一体的に設けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、酸化剤ガス供給連通孔40aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔44aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔42aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
酸化剤ガスは、図2に示すように、酸化剤ガス供給連通孔40aから第1金属セパレータ24の酸化剤ガス流路46に導入される。酸化剤ガス流路46では、図3に示すように、酸化剤ガスが一旦入口流路部48aに導入された後、複数の酸化剤ガス流路溝46aに分散される。このため、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス流路溝46aを介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体22のカソード側電極32に沿って移動する(図2参照)。
As shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔44aから第2金属セパレータ26の燃料ガス流路58に導入される。この燃料ガス流路58では、図4に示すように、燃料ガスが一旦入口流路部60aに導入された後、複数の燃料ガス流路溝58aに分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝58aを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体22のアノード側電極30に沿って移動する(図2参照)。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the
従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極32に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極30に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、カソード側電極32に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口流路部48bから酸化剤ガス排出連通孔40bに排出される(図2及び図3参照)。同様に、アノード側電極30に供給されて消費された燃料ガスは、出口流路部60bから燃料ガス排出連通孔44bに排出される(図2及び図4参照)。
Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the
一方、冷却媒体供給連通孔42aに供給された冷却媒体は、第1及び第2金属セパレータ24、26間に形成された冷却媒体流路72に導入される(図2参照)。この冷却媒体流路72では、冷却媒体が水平方向(矢印B方向)及び鉛直方向(矢印C方向)に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22の発電面の全面にわたって冷却した後、冷却媒体排出連通孔42bに排出される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、第1金属セパレータ24に出口流路部48bが設けられるとともに、この出口流路部48bは、酸化剤ガス流路46の出口側と酸化剤ガス排出連通孔40bとの間に配設される酸化剤ガス出口通路52bを備えている。そして、酸化剤ガス出口通路52bは、酸化剤ガス排出連通孔40b側に向かって重力方向下方に傾斜している。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
このため、酸化剤ガス流路46の発電領域に存在する生成水は、この酸化剤ガス流路46に供給される酸化剤ガスのガス流と重力とを利用して、酸化剤ガス排出連通孔40bに確実に排出される。これにより、発電領域から酸化剤ガス排出連通孔40bへの排水が効率的に遂行されるとともに、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
For this reason, the generated water existing in the power generation region of the oxidant
さらに、酸化剤ガス出口通路52bは、酸化剤ガス流路46側の端部の少なくとも一部が、前記酸化剤ガス流路46の最下部よりも重力方向下方に距離Hだけ離間して配置されている。従って、酸化剤ガス流路46の出口側と酸化剤ガス出口通路52bとの間に滞留水が存在することがなく、前記酸化剤ガス流路46の端部から、すなわち、発電領域から酸化剤ガス出口連通孔40bに生成水を円滑且つ確実に排出することが可能になる。
Further, the oxidant
一方、図4に示すように、第2金属セパレータ26は、出口流路部60bを備えており、この出口流路部60bは、燃料ガス流路58の出口側と燃料ガス排出連通孔44bとの間に燃料ガス出口通路64bを設けている。そして、燃料ガス出口通路64bは、燃料ガス排出連通孔44bに向かって重力方向下方に傾斜している。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
このため、燃料ガス流路58に発生する凝縮水は、この燃料ガス流路58に導入される燃料ガスのガス流と重力とを利用して、燃料ガス排出連通孔44bに確実に排出される等、上記の出口流路部48bと同様の効果が得られる。
Therefore, the condensed water generated in the
また、第1の実施形態では、単セル12の水平方向一端縁部に、酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体供給連通孔42a及び燃料ガス排出連通孔44bが形成されるとともに、水平方向他端縁部に、燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体排出連通孔42b及び酸化剤ガス排出連通孔40bが形成されている。従って、単セル12は、上下両端部に連通孔を設けておらず、高さ方向(矢印C方向)の寸法を有効に短尺化することができる。
In the first embodiment, the oxidant gas
これにより、燃料電池スタック10は、高さ方向の寸法が可及的に短尺化され、例えば、燃料電池自動車(図示せず)の床下に搭載しても、車室内の居住空間を十分に確保することが可能になる。
As a result, the
なお、第1の実施形態では、酸化剤ガス流路46及び燃料ガス流路58は、サーペンタイン流路を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、矢印B方向に延在する直線状流路溝や矢印B方向に一回折り返すU字状流路溝等により構成してもよい。
In the first embodiment, the oxidant
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの単セルを構成する第1金属セパレータ80の正面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is an explanatory front view of a
第1金属セパレータ80には、酸化剤ガス出口通路52bの重力方向下方に、酸化剤ガス流路46の出口側と酸化剤ガス排出連通孔40bとを繋ぎ、且つ前記酸化剤ガス流路46の最下部よりも重力方向下方に配置される通路82が設けられる。この通路82は、出口流路部48bの下端位置から下方に一旦延在した後、水平方向に延在して酸化剤ガス排出連通孔40bの下端縁部に連通する。
The
この第2の実施形態では、酸化剤ガス流路46の最下部よりも重力方向下方に配置される通路82が設けられるため、前記酸化剤ガス流路46の出口側と酸化剤ガス出口通路52bとの間に滞留水が存在することがない。これにより、発電領域から酸化剤ガス排出連通孔40bに生成水を確実に排出することができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment, since the
10…燃料電池スタック 12…単セル
22…電解質膜・電極構造体 24、26、80…金属セパレータ
28…固体高分子電解質膜 30…アノード側電極
32…カソード側電極 40a…酸化剤ガス供給連通孔
40b…酸化剤ガス排出連通孔 42a…冷却媒体供給連通孔
42b…冷却媒体排出連通孔 44a…燃料ガス供給連通孔
44b…燃料ガス排出連通孔 46…酸化剤ガス流路
46a…酸化剤ガス流路溝 48a、60a…入口流路部
48b、60b…出口流路部 52a…酸化剤ガス入口通路
52b…酸化剤ガス出口通路 58…燃料ガス流路
58a…燃料ガス流路溝 64a…燃料ガス入口通路
64b…燃料ガス出口通路 72…冷却媒体流路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セパレータは、少なくとも一方の反応ガス流路の出口側と前記反応ガス排出連通孔との間に反応ガス出口通路を設けるとともに、
前記反応ガス出口通路は、前記反応ガス排出連通孔側に向かって重力方向下方に傾斜することを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of the electrolyte and a separator are stacked in a horizontal direction, and between the electrolyte / electrode structure and the separator, in the surface direction of the pair of electrodes. A reaction gas flow path for supplying a reaction gas along each of the reaction gas flow paths is formed, and a reaction gas discharge communication hole communicating with an outlet side of the reaction gas flow path in a substantially horizontal direction is formed at one end of the separator in the horizontal direction. A fuel cell formed so as to penetrate in the stacking direction,
The separator is provided with a reaction gas outlet passage between an outlet side of at least one reaction gas passage and the reaction gas discharge communication hole,
The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas outlet passage is inclined downward in a gravitational direction toward the reaction gas discharge communication hole side.
前記セパレータは、少なくとも一方の反応ガス流路の出口側と前記反応ガス排出連通孔との間に反応ガス出口通路を設けるとともに、
前記反応ガス出口通路は、前記セパレータが水平方向に積層される際に前記反応ガス排出連通孔側に向かって重力方向下方に傾斜することを特徴とする燃料電池用セパレータ。 An electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte is alternately stacked in the horizontal direction, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the surface direction of the pair of electrodes is formed. A separator for a fuel cell in which a reaction gas discharge communication hole communicating with an outlet side of the reaction gas flow channel in a substantially horizontal direction is formed at one end in the horizontal direction so as to penetrate in the stacking direction,
The separator is provided with a reaction gas outlet passage between an outlet side of at least one reaction gas passage and the reaction gas discharge communication hole,
The separator for a fuel cell, wherein the reactant gas outlet passage is inclined downward in the direction of gravity toward the reactant gas discharge communication hole side when the separator is stacked in a horizontal direction.
5. The separator according to claim 4, wherein an outlet side of the reaction gas flow path and the reaction gas discharge communication hole are connected to the lower side in the gravity direction of the reaction gas outlet passage and lower than a lowermost part of the reaction gas flow path. A fuel cell separator, characterized in that a passage disposed below the direction of gravity is provided.
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