JP2006260917A - Fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

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Masahiro Mouri
昌弘 毛里
Seiji Sugiura
誠治 杉浦
Shuhei Goto
修平 後藤
Yosuke Fujii
洋介 藤井
Shinya Watanabe
真也 渡邉
Hironari Sato
裕也 佐藤
Minoru Koshinuma
実 越沼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust flow of coolant in a coolant flow passage with simple construction, and to uniformize temperature distribution on a power generation face. <P>SOLUTION: A coolant flow passage 42 and a coolant inlet communication hole 22a are communicated with each other through two inlet buffer parts 44, 62. A pressure loss generation part 80a restraining the flow of coolant is arranged at least to the inlet buffer part 44 out of inlet buffer parts 44, 62. The pressure loss generation part 80a is provided with a pressure loss element 82a which can be attached to and detached from the inlet buffer part 44. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層する燃料電池及び燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell stack having an electrolyte / electrode structure configured by sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes, and alternately stacking the electrolyte / electrode structure and a 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、それぞれ電極触媒と多孔質カーボン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(電解質・電極構造体)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定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. In this fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) in which an anode side electrode and a cathode side electrode each made of an electrode catalyst and porous carbon are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane is separated into a separator. It is configured by being sandwiched between (bipolar plates). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of the fuel cells are stacked is used.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路(反応ガス流路)と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路(反応ガス流路)とが設けられている。さらに、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel (reactive gas channel) for flowing a fuel gas opposite to the anode side electrode and an oxidant gas for flowing the cathode gas facing the cathode side electrode in the plane of the separator. The oxidant gas flow path (reaction gas flow path) is provided. Furthermore, between the separators, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.

この種のセパレータとしては、通常、カーボン系材料で構成されるカーボンセパレータや、金属プレートで構成される金属セパレータが用いられている。この場合、特に金属セパレータでは、プレス加工によって反応ガス流路の流路形状が設定されると、前記反応ガス流路の裏面側には、必然的に流路形状が決定された冷却媒体流路が形成されることになる。   As this type of separator, a carbon separator composed of a carbon-based material or a metal separator composed of a metal plate is usually used. In this case, particularly in the case of a metal separator, when the flow path shape of the reaction gas flow path is set by pressing, the cooling medium flow path is inevitably determined on the back side of the reaction gas flow path. Will be formed.

このため、例えば、反応ガス流路をサーペンタイン流路で構成すると、冷却媒体流路の流路形状が著しく制限されてしまい、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることが困難になるという問題がある。   For this reason, for example, if the reaction gas flow path is composed of a serpentine flow path, the flow path shape of the cooling medium flow path is significantly limited, making it difficult to cool the electrode surface uniformly and obtain stable power generation performance. There is a problem of becoming.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、冷却媒体流路が冷却媒体入口連通孔に入口連結流路を介して連通する2以上の入口バッファ部と、冷却媒体出口連通孔に出口連結流路を介して連通する2以上の出口バッファ部とを設けている。そして、第1及び第2の入口バッファ部を冷却媒体入口連通孔に連通する第1及び第2の入口連結流路は、それぞれの流路本数が異なる一方、第1及び第2の出口バッファ部を冷却媒体出口連通孔に連通する第1及び第2の出口連結流路は、それぞれの流路本数が異なるように設定されている。   Therefore, for example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, two or more inlet buffer portions in which the cooling medium flow path communicates with the cooling medium inlet communication hole via the inlet connection flow path, and the cooling medium outlet communication hole. Two or more outlet buffer portions communicating with each other through the outlet connecting flow path are provided. The first and second inlet buffer channels communicating the first and second inlet buffer portions with the cooling medium inlet communication hole are different from each other in the number of the first and second outlet buffer portions. The first and second outlet connection channels that communicate with the cooling medium outlet communication hole are set to have different numbers of channels.

これにより、冷却媒体は、冷却媒体流路内で圧力を打ち消し合うことがなく、所望の流速及び所望の流れ状態を確保することができ、セパレータ面内を均一に流れることが可能になる。このため、電極面全体を均一に冷却し、安定した発電性能を得ることができる。   As a result, the cooling medium does not cancel out the pressure in the cooling medium flow path, can ensure a desired flow velocity and a desired flow state, and can flow uniformly in the separator surface. For this reason, the whole electrode surface can be cooled uniformly and stable power generation performance can be obtained.

特開2004−171824号公報(図4)Japanese Patent Laying-Open No. 2004-171824 (FIG. 4)

ところで、燃料電池内において、反応ガス流路の入口側では、高濃度の酸化剤ガスや燃料ガス(以下、反応ガスともいう)が供給されるため、反応が集中して発生し易く、発熱量が大きくなる一方、前記反応ガス流路の出口側では、反応ガス濃度の低下によって発電能力が低くなり、凝縮水が発生し易い。   By the way, in the fuel cell, a high concentration of oxidant gas or fuel gas (hereinafter also referred to as reaction gas) is supplied on the inlet side of the reaction gas flow path. On the other hand, on the outlet side of the reaction gas flow path, the power generation capacity is lowered due to the decrease in the reaction gas concentration, and condensed water is likely to be generated.

このため、反応ガス流路の上流側では、電解質膜・電極構造体が高温となって、電気抵抗の増加が発生し易くなるとともに、前記反応ガス流路の下流側では、凝縮水が滞留して排水処理が確実に行われないという問題がある。   For this reason, the electrolyte membrane / electrode structure becomes high temperature on the upstream side of the reaction gas flow path, and an increase in electrical resistance is likely to occur, and condensed water stays on the downstream side of the reaction gas flow path. Therefore, there is a problem that wastewater treatment is not performed reliably.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、冷却媒体流路における冷却媒体の流れを調整することができ、発電面内の温度分布を均一化することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can adjust the flow of the cooling medium in the cooling medium flow path with a simple configuration, and can make the temperature distribution in the power generation surface uniform. An object is to provide a battery.

また、本発明は、複数の燃料電池が積層されたスタックにおいて、簡単な構成で、積層方向端部側の燃料電池と積層方向中央部側の燃料電池とで冷却媒体の流量を良好に調整することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   Further, according to the present invention, in a stack in which a plurality of fuel cells are stacked, the flow rate of the cooling medium is adjusted favorably with a simple configuration between the fuel cell at the stacking direction end and the fuel cell at the stacking center. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack that can be used.

本発明は、電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第1及び第2セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第1及び第2セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池である。   The present invention includes an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes, the electrolyte / electrode structure is sandwiched between first and second separators, and penetrates in a stacking direction to communicate with a reaction gas inlet, A reaction gas outlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole, and a cooling medium outlet communication hole are formed, and the cooling medium inlet communication hole and the cooling medium outlet communication hole are provided between the first and second separators stacked on each other. This is a fuel cell in which a cooling medium flow path communicating with the fuel cell is formed.

冷却媒体流路は、冷却媒体入口連通孔に少なくとも2つの入口バッファ部を介して連通するとともに、前記2つの入口バッファ部の中、少なくとも反応ガス出口連通孔に近接する入口バッファ部には、冷却媒体の流れを抑制する圧損発生部が設けられている。   The cooling medium flow path communicates with the cooling medium inlet communication hole via at least two inlet buffer portions, and at least the inlet buffer portion close to the reaction gas outlet communication hole among the two inlet buffer portions is cooled. A pressure loss generation unit that suppresses the flow of the medium is provided.

また、入口バッファ部は、エンボスを有しており、圧損発生部は、前記エンボスに着脱自在な圧損要素を備えることが好ましい。さらに、圧損発生部は、少なくとも2種類の大きさの異なる圧損要素を備え、入口バッファ部に応じて前記圧損要素の大きさを選択することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the inlet buffer part has embossing, and the pressure loss generation | occurrence | production part is provided with the pressure loss element which can be attached or detached to the said embossing. Furthermore, it is preferable that the pressure loss generating portion includes at least two types of pressure loss elements having different sizes, and the size of the pressure loss element is selected according to the inlet buffer portion.

さらにまた、本発明に係る燃料電池スタックでは、冷却媒体流路が、冷却媒体入口連通孔に少なくとも2つの入口バッファ部を介して連通するとともに、前記2つの入口バッファ部の中、少なくとも反応ガス出口連通孔に近接する入口バッファ部には、冷却媒体の流れを抑制する圧損発生部が設けられ、積層方向端部側の燃料電池の圧損発生部は、積層方向中央部側の燃料電池の圧損発生部よりも大きな寸法に設定されている。   Furthermore, in the fuel cell stack according to the present invention, the cooling medium flow path communicates with the cooling medium inlet communication hole via at least two inlet buffer portions, and at least the reaction gas outlet in the two inlet buffer portions. The inlet buffer near the communication hole is provided with a pressure loss generating part that suppresses the flow of the cooling medium, and the pressure loss generating part of the fuel cell on the end side in the stacking direction The dimension is set to be larger than the part.

本発明に係る燃料電池では、反応ガス出口連通孔に近接する入口バッファ部は、圧損発生部を介して冷却媒体の流れが抑制される。このため、反応ガス流路では、発電能力が低下し易い、すなわち、凝縮水が発生し易い下流側(反応ガス出口連通孔の近傍)の温度が上昇して反応ガスが温められるため、前記反応ガス流路中の凝縮水等が水蒸気化して前記反応ガス中に取り込まれる。これにより、反応ガス流路に凝縮水が滞留することを抑制し、良好な排水処理が確実に遂行可能になる。   In the fuel cell according to the present invention, the flow of the cooling medium is suppressed in the inlet buffer portion close to the reactive gas outlet communication hole via the pressure loss generating portion. For this reason, in the reaction gas flow path, the power generation capacity is likely to be reduced, that is, the temperature on the downstream side (in the vicinity of the reaction gas outlet communication hole) where condensation water is easily generated rises and the reaction gas is warmed. Condensed water or the like in the gas flow path is steamed and taken into the reaction gas. Thereby, it is possible to suppress the condensate from staying in the reaction gas flow path, and to reliably perform good wastewater treatment.

一方、他の入口バッファ部は、反応ガス入口連通孔に近接しており、前記他の入口バッファ部では、冷却媒体の流量が増加する。従って、反応ガス流路では、反応が集中し易い上流側(反応ガス入口連通孔の近傍)に供給される冷却媒体が増量され、前記上流側を効果的に冷却することができる。このため、電解質が高温になることを阻止し、安定した発電が遂行可能になる。   On the other hand, the other inlet buffer section is close to the reaction gas inlet communication hole, and the flow rate of the cooling medium increases in the other inlet buffer section. Therefore, in the reaction gas flow path, the amount of the cooling medium supplied to the upstream side (in the vicinity of the reaction gas inlet communication hole) where the reaction tends to concentrate is increased, and the upstream side can be effectively cooled. For this reason, it becomes possible to prevent the electrolyte from becoming high temperature and perform stable power generation.

また、本発明に係る燃料電池スタックでは、積層方向端部側の燃料電池の圧損発生部は、積層方向中央部側の燃料電池の圧損発生部よりも大きな寸法に設定されている。ここで、積層方向端部側の燃料電池は、放熱等によって積層方向中央部側の燃料電池よりも低温になり易い。   Further, in the fuel cell stack according to the present invention, the pressure loss generation part of the fuel cell on the end side in the stacking direction is set to a size larger than the pressure loss generation part of the fuel cell on the center side in the stacking direction. Here, the fuel cell on the end side in the stacking direction tends to be at a lower temperature than the fuel cell on the center side in the stacking direction due to heat radiation or the like.

その際、本発明では、圧損発生部の大きさを選択するだけで、積層方向端部側の燃料電池に供給される冷却媒体の流量を、積層方向中央部側の燃料電池に供給される冷却媒体の流量よりも少なく設定することができる。これにより、積層方向端部側の燃料電池は、結露による濃度過電圧の増加や触媒活性の低下等を阻止することが可能になり、燃料電池スタック全体として効率的な発電が行われる。   In this case, in the present invention, the flow rate of the cooling medium supplied to the fuel cell at the stacking direction end is changed to the cooling supplied to the fuel cell at the stacking center by simply selecting the size of the pressure loss generating portion. It can be set smaller than the flow rate of the medium. As a result, the fuel cell on the end side in the stacking direction can prevent an increase in concentration overvoltage or a decrease in catalyst activity due to condensation, and the fuel cell stack as a whole can efficiently generate power.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視図であり、図2は、前記燃料電池10を積層した燃料電池スタック11の一部断面説明図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional explanatory view of a fuel cell stack 11 in which the fuel cells 10 are stacked.

燃料電池10は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)12とセパレータ13とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ13は、互いに積層される第1及び第2金属プレート(第1及び第2セパレータ)14、16を備える。   The fuel cell 10 is configured by alternately laminating electrolyte membrane / electrode structures (electrolyte / electrode structures) 12 and separators 13, and the separators 13 are first and second metal plates that are laminated to each other. (First and second separators) 14 and 16 are provided.

図1に示すように、燃料電池10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(反応ガス)、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)20a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22a、及び燃料ガス(反応ガス)、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)24bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas (reactive gas), for example, an oxygen-containing gas is supplied to one end edge of the fuel cell 10 in the arrow B direction so as to communicate with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An oxidant gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 20a for supplying a coolant, a cooling medium inlet communication hole 22a for supplying a cooling medium, and a fuel gas (reactive gas), for example, a fuel for discharging a hydrogen-containing gas Gas outlet communication holes (reactive gas outlet communication holes) 24b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池10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入口連通孔(反応ガス入口連通孔)24a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)20bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, discharges a fuel gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 24a for supplying fuel gas, and discharges the cooling medium. A cooling medium outlet communication hole 22b for the purpose and an oxidant gas outlet communication hole (reaction gas outlet communication hole) 20b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

図1及び図2に示すように、電解質膜・電極構造体12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(電解質)26と、該固体高分子電解質膜26を挟持するアノード側電極28及びカソード側電極30とを備える。アノード側電極28は、カソード側電極30よりも小さな表面積に設定されるとともに、前記カソード側電極30は、固体高分子電解質膜26の全面を覆って設けられる(所謂、段差MEA)。   As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 26 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane. 26, an anode side electrode 28 and a cathode side electrode 30 sandwiching 26 are provided. The anode side electrode 28 is set to have a smaller surface area than the cathode side electrode 30, and the cathode side electrode 30 is provided so as to cover the entire surface of the solid polymer electrolyte membrane 26 (so-called step MEA).

アノード側電極28及びカソード側電極30は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(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層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜26の両面に形成されている。   The anode side electrode 28 and the cathode side electrode 30 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26.

図1及び図3に示すように、第1金属プレート14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス流路32が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路32は、酸化剤ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス出口連通孔20bとに連通する。酸化剤ガス流路32は、酸化剤ガス入口連通孔20aに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部34と、酸化剤ガス出口連通孔20bに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部36とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 3, an oxidant gas flow path 32 is provided on the surface 14a of the first metal plate 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, and the oxidant gas flow path 32 is The oxidant gas inlet communication hole 20a communicates with the oxidant gas outlet communication hole 20b. The oxidant gas flow path 32 has a substantially right triangle inlet buffer 34 provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 20a and a substantially right triangle in the shape of the oxidant gas outlet communication hole 20b. And an outlet buffer unit 36.

入口バッファ部34と出口バッファ部36とは、複数のエンボス34a、36aを有しており、酸化剤ガス流路32を構成する複数の酸化剤ガス流路溝32aを介して連通している。酸化剤ガス流路32は、第1金属プレート14の面14a内に偶数回、例えば、2回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成する。   The inlet buffer unit 34 and the outlet buffer unit 36 have a plurality of embosses 34 a and 36 a and communicate with each other through a plurality of oxidant gas flow channel grooves 32 a constituting the oxidant gas flow channel 32. The oxidant gas flow path 32 constitutes a serpentine flow path having an even-numbered, for example, twice-folded portion in the surface 14a of the first metal plate 14.

第1金属プレート14の面14aには、酸化剤ガス入口連通孔20a、酸化剤ガス出口連通孔20b及び酸化剤ガス流路32を周回して酸化剤ガスのシールを行う平面状シール40aが設けられる。   A planar seal 40a is provided on the surface 14a of the first metal plate 14 to seal the oxidant gas around the oxidant gas inlet communication hole 20a, the oxidant gas outlet communication hole 20b, and the oxidant gas flow path 32. It is done.

第1金属プレート14と第2金属プレート16との互いに対向する面14b、16b間には、後述する冷却媒体流路42が一体的に形成される。図4に示すように、第1金属プレート14の面14bには、面14a側に形成される酸化剤ガス流路32の裏側形状として、冷却媒体流路42の一部である流路部42aがサーペンタイン形状に形成される。   Between the surfaces 14b, 16b of the first metal plate 14 and the second metal plate 16 facing each other, a cooling medium flow path 42 described later is integrally formed. As shown in FIG. 4, on the surface 14b of the first metal plate 14, as a back side shape of the oxidant gas flow channel 32 formed on the surface 14a side, a flow channel portion 42a which is a part of the cooling medium flow channel 42. Is formed in a serpentine shape.

面14bには、冷却媒体入口連通孔22aに、例えば、2本の入口連絡流路43を介して連通する略直角三角形状の入口バッファ部44と、冷却媒体出口連通孔22bに、例えば、2本の出口連絡流路48を介して連通する略直角三角形状の出口バッファ部50とが設けられる。入口バッファ部44及び出口バッファ部50は、複数のエンボス44a、50aを有する。   The surface 14b is connected to the cooling medium inlet communication hole 22a via, for example, a substantially right triangular inlet buffer 44 communicated via two inlet communication channels 43 and the cooling medium outlet communication hole 22b. A substantially right-angled triangular outlet buffer section 50 is provided which communicates via the outlet communication channel 48 of the book. The inlet buffer unit 44 and the outlet buffer unit 50 have a plurality of embosses 44a and 50a.

第1金属プレート14の面14bには、冷却媒体入口連通孔22a、冷却媒体出口連通孔22b及び冷却媒体流路42を周回して冷却媒体のシールを行う平面状シール40bが設けられる。平面状シール40a、40bは、第1金属プレート14の外周端部を覆って一体的に設けられる第1シール部材40を構成している(図2参照)。   A planar seal 40b is provided on the surface 14b of the first metal plate 14 to circulate the cooling medium inlet communication hole 22a, the cooling medium outlet communication hole 22b, and the cooling medium flow path 42 to seal the cooling medium. The planar seals 40a and 40b constitute a first seal member 40 that is integrally provided so as to cover the outer peripheral end of the first metal plate 14 (see FIG. 2).

図5に示すように、第2金属プレート16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス流路52が設けられる。燃料ガス流路52は、燃料ガス入口連通孔24aに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部54と、燃料ガス出口連通孔24bに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部56とを備える。   As shown in FIG. 5, a fuel gas flow path 52 is provided on the surface 16 a of the second metal plate 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. The fuel gas flow path 52 includes a substantially right triangular inlet buffer portion 54 provided close to the fuel gas inlet communication hole 24a and a substantially right triangular outlet buffer portion provided close to the fuel gas outlet communication hole 24b. 56.

入口バッファ部54及び出口バッファ部56は、複数のエンボス54a、56aを有し、互いに略対称形状に構成されるとともに、前記入口バッファ部54及び前記出口バッファ部56の近傍には、複数の燃料ガス入口孔部58a及び燃料ガス出口孔部58bが形成される。   The inlet buffer unit 54 and the outlet buffer unit 56 have a plurality of embossments 54a and 56a, are configured to be substantially symmetrical with each other, and a plurality of fuels are provided in the vicinity of the inlet buffer unit 54 and the outlet buffer unit 56. A gas inlet hole 58a and a fuel gas outlet hole 58b are formed.

入口バッファ部54と出口バッファ部56とは、燃料ガス流路52を構成する複数の燃料ガス流路溝52aを介して連通している。燃料ガス流路52は、第2金属セパレータ16の面16b内に偶数回、例えば、2回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成する。   The inlet buffer portion 54 and the outlet buffer portion 56 communicate with each other via a plurality of fuel gas flow channel grooves 52 a that constitute the fuel gas flow channel 52. The fuel gas flow path 52 constitutes a serpentine flow path having an even number of times, for example, twice, in the surface 16b of the second metal separator 16.

図6に示すように、第2金属プレート16の面16bには、面16aに形成される燃料ガス流路52の裏側形状として、冷却媒体流路42の一部である流路部42bがサーペンタイン形状に形成される。面16bには、冷却媒体入口連通孔22aに、例えば、4本の入口連絡流路60を介して連通する略直角三角形状の入口バッファ部62と、冷却媒体出口連通孔22bに、例えば、4本の出口連絡流路64を介して連通する略直角三角形状の出口バッファ部66とが設けられる。入口バッファ部62及び出口バッファ部66は、複数のエンボス62a、66aを有する。   As shown in FIG. 6, on the surface 16b of the second metal plate 16, a flow path portion 42b, which is a part of the cooling medium flow path 42, is formed on the surface 16b of the fuel gas flow path 52 formed on the surface 16a. It is formed into a shape. The surface 16b is connected to the cooling medium inlet communication hole 22a via, for example, a substantially right triangular inlet buffer 62 communicated via four inlet communication channels 60, and to the cooling medium outlet communication hole 22b. A substantially right-angled triangular outlet buffer section 66 is provided which communicates via the outlet communication channel 64. The inlet buffer 62 and the outlet buffer 66 have a plurality of embosses 62a and 66a.

図7に示すように、冷却媒体流路42は、第1金属プレート14と第2金属プレート16とが積層される際、酸化剤ガス流路32の裏側と燃料ガス流路52の裏側とが重なり合って一体的に形成される。   As shown in FIG. 7, when the first metal plate 14 and the second metal plate 16 are laminated, the cooling medium flow path 42 has a back side of the oxidant gas flow path 32 and a back side of the fuel gas flow path 52. Overlapping and forming integrally.

図5に示すように、第2金属プレート16の外周端部を覆って第2シール部材70が一体成形される。第2シール部材70は、面16aに設けられる外側線状シール72と、この外側線状シール72から内方に所定の距離だけ離間する内側線状シール74とを有する。   As shown in FIG. 5, the second seal member 70 is integrally formed so as to cover the outer peripheral end of the second metal plate 16. The second seal member 70 includes an outer linear seal 72 provided on the surface 16a, and an inner linear seal 74 spaced inward from the outer linear seal 72 by a predetermined distance.

外側線状シール72は、電解質膜・電極構造体12の外周を周回しており、図2に示すように、第1金属プレート14に設けられている平面状シール40aに重合する。内側線状シール74は、アノード側電極28を周回して固体高分子電解質膜26の外周縁部に接して燃料ガス流路52を閉塞する(図2参照)。   The outer linear seal 72 circulates around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and is superposed on the planar seal 40a provided on the first metal plate 14, as shown in FIG. The inner linear seal 74 circulates around the anode side electrode 28 and contacts the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 26 to close the fuel gas flow path 52 (see FIG. 2).

第2シール部材70は、図6に示すように、面16bに設けられる線状シール76と、この線状シール76の内側に所定の距離だけ離間して設けられる裏受け用凸状部78とを有する。線状シール76は、冷却媒体流路42を覆って冷却媒体をシールする冷媒シールを構成する。一方、凸状部78は、面16aに設けられた内側線状シール74と積層方向に重なり合う位置に設けられ、前記内側線状シール74の積層方向のシール圧を受ける裏受けとして機能する。   As shown in FIG. 6, the second seal member 70 includes a linear seal 76 provided on the surface 16 b, and a backing convex portion 78 provided at a predetermined distance inside the linear seal 76. Have The linear seal 76 constitutes a refrigerant seal that covers the cooling medium flow path 42 and seals the cooling medium. On the other hand, the convex portion 78 is provided at a position overlapping the inner linear seal 74 provided on the surface 16 a in the stacking direction, and functions as a backing that receives the sealing pressure in the stacking direction of the inner linear seal 74.

図7に示すように、冷却媒体入口連通孔22aには、2つの入口バッファ部44、62が連通するとともに、少なくとも燃料ガス出口連通孔24bに近接する入口バッファ部44には、冷却媒体の流れを抑制する圧損発生部80aが設けられる。この圧損発生部80aは、エンボス44aに着脱自在な圧損要素82aを備える。   As shown in FIG. 7, the cooling medium inlet communication hole 22a communicates with the two inlet buffer parts 44 and 62, and at least the inlet buffer part 44 close to the fuel gas outlet communication hole 24b has a flow of the cooling medium. A pressure loss generating portion 80a that suppresses the above is provided. The pressure loss generating portion 80a includes a pressure loss element 82a that is detachably attached to the emboss 44a.

圧損要素82aは、入口バッファ部44の形状に対応して略直角三角形状を有するとともに、エンボス44aに対応するエンボス84aを設ける。圧損要素82aは、入口バッファ部44に装着されてそれぞれのエンボス44a、84aが重なり合う。これにより、圧損要素82aの面方向に沿って冷却媒体の流れが阻止され、入口バッファ部44の開口面積が実質的に減少される。   The pressure loss element 82a has a substantially right triangle shape corresponding to the shape of the inlet buffer portion 44, and is provided with an emboss 84a corresponding to the emboss 44a. The pressure loss element 82a is attached to the inlet buffer portion 44 and the embosses 44a and 84a overlap each other. Thereby, the flow of the cooling medium is prevented along the surface direction of the pressure loss element 82a, and the opening area of the inlet buffer portion 44 is substantially reduced.

入口バッファ部62には、必要に応じて圧損発生部80bが設けられる。この圧損発生部80bは、略直角三角形状の圧損要素82bを備え、前記圧損要素82bには、入口バッファ部62のエンボス62aに対応するエンボス84bが形成される。圧損要素82bは、圧損要素82aよりも小さな寸法に設定される。なお、入口バッファ部62は、酸化剤ガス入口連通孔20a側に供給される冷却媒体の流量を所望の流量に維持し得る開口断面積を有することが必要であり、圧損要素82bの寸法は、この要請に対応して設定される。従って、圧損要素82bを用いない場合もある。   The inlet buffer unit 62 is provided with a pressure loss generating unit 80b as necessary. The pressure loss generating portion 80b includes a pressure drop element 82b having a substantially right triangle shape, and an emboss 84b corresponding to the emboss 62a of the inlet buffer portion 62 is formed on the pressure loss element 82b. The pressure loss element 82b is set to a size smaller than that of the pressure loss element 82a. The inlet buffer section 62 needs to have an opening cross-sectional area that can maintain the flow rate of the cooling medium supplied to the oxidant gas inlet communication hole 20a side at a desired flow rate. The dimension of the pressure loss element 82b is as follows: Set in response to this request. Therefore, the pressure loss element 82b may not be used.

冷却媒体出口連通孔22bには、2つの出口バッファ部50、66が連通しており、この出口バッファ部50、66には、必要に応じて同様の圧損発生部80c、80dが設けられる。圧損発生部80c、80dは、略直角三角形状の圧損要素82c、82dを備えるとともに、前記圧損要素82c、82dには、エンボス50a、66aに対応してエンボス84c、84dが形成される。   Two outlet buffer portions 50 and 66 communicate with the cooling medium outlet communication hole 22b, and the outlet buffer portions 50 and 66 are provided with similar pressure loss generating portions 80c and 80d as necessary. The pressure loss generating portions 80c, 80d include pressure drop elements 82c, 82d having a substantially right triangle shape, and the pressure loss elements 82c, 82d are formed with embosses 84c, 84d corresponding to the embosses 50a, 66a.

このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔24aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22a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 inlet communication hole 20a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 24a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔20aから第1金属プレート14の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガス流路32では、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部34に導入された後、複数の酸化剤ガス流路溝32a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38を介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極30に沿って移動する。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas channel 32 of the first metal plate 14 from the oxidant gas inlet communication hole 20a. In the oxidant gas flow path 32, the oxidant gas is once introduced into the inlet buffer section 34 and then dispersed in the plurality of oxidant gas flow path grooves 32a. Therefore, the oxidant gas moves along the cathode side electrode 30 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 while meandering through the respective oxidant gas flow channel grooves 38.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔24aから第2金属プレート16の燃料ガス入口孔部58aを通って燃料ガス流路52に導入される。この燃料ガス流路52では、図5に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部54に導入された後、複数の燃料ガス流路溝52aに分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝52aを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に沿って移動する。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 52 from the fuel gas inlet communication hole 24 a through the fuel gas inlet hole 58 a of the second metal plate 16. In the fuel gas channel 52, as shown in FIG. 5, the fuel gas is once introduced into the inlet buffer portion 54 and then dispersed into the plurality of fuel gas channel grooves 52a. Further, the fuel gas meanders through each fuel gas flow channel groove 52 a and moves along the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極30に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極28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 / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 30 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 28 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、カソード側電極30に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部36から酸化剤ガス出口連通孔20bに排出される(図1参照)。同様に、アノード側電極28に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部56から燃料ガス出口孔部58bを通って燃料ガス出口連通孔24bに排出される(図5参照)。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 30 is discharged from the outlet buffer 36 to the oxidant gas outlet communication hole 20b (see FIG. 1). Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 28 is discharged from the outlet buffer portion 56 to the fuel gas outlet communication hole 24b through the fuel gas outlet hole portion 58b (see FIG. 5).

一方、冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、第1及び第2金属プレート14、16間に形成された冷却媒体流路42に導入される。この冷却媒体流路42では、図7に示すように、冷却媒体入口連通孔22aから矢印C方向に延在する入口連絡流路43、60を介して入口バッファ部44、62に冷却媒体が一旦導入される。   On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 22 a is introduced into a cooling medium flow path 42 formed between the first and second metal plates 14 and 16. In the cooling medium flow path 42, as shown in FIG. 7, the cooling medium is temporarily supplied to the inlet buffer sections 44 and 62 via the inlet communication flow paths 43 and 60 extending in the direction of arrow C from the cooling medium inlet communication hole 22a. be introduced.

入口バッファ部44、62に導入された冷却媒体は、複数の流路部42a、42bに分散されて水平方向(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12の電極面全面にわたって供給された後、出口バッファ部50、66に一旦導入され、さらに出口連絡流路48、64を介して冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   The cooling medium introduced into the inlet buffer sections 44 and 62 is dispersed in the plurality of flow path sections 42a and 42b and moves in the horizontal direction (arrow B direction) and the vertical direction (arrow C direction). Therefore, after the cooling medium is supplied over the entire electrode surface of the electrolyte membrane / electrode structure 12, the cooling medium is once introduced into the outlet buffer units 50 and 66, and further through the outlet communication channels 48 and 64. It is discharged to 22b.

この場合、第1の実施形態では、図7に示すように、冷却媒体入口連通孔22aに連通する2つの入口バッファ部44、62の中、少なくとも燃料ガス出口連通孔24bに近接する前記入口バッファ部44は、圧損発生部80aを介して冷却媒体の流れが抑制される。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, among the two inlet buffer portions 44, 62 communicating with the cooling medium inlet communication hole 22a, at least the inlet buffer close to the fuel gas outlet communication hole 24b. In the part 44, the flow of the cooling medium is suppressed via the pressure loss generating part 80a.

このため、冷却媒体入口連通孔22aから入口バッファ部44を介して冷却媒体流路42に供給される冷却媒体の流量が減少する。その際、燃料ガス流路52及び酸化剤ガス流路32では、それぞれ下流側の発電能力が低下し易く、凝縮水が発生するおそれがある。   For this reason, the flow rate of the cooling medium supplied to the cooling medium flow path 42 from the cooling medium inlet communication hole 22a via the inlet buffer 44 is reduced. At that time, in the fuel gas flow path 52 and the oxidant gas flow path 32, the power generation capacity on the downstream side is likely to decrease, and condensed water may be generated.

そこで、燃料ガス流路52及び酸化剤ガス流路32の下流側に対応して冷却媒体の流量が減少されることにより、前記下流側の温度が上昇し、燃料ガス及び酸化剤ガスが温められて燃料ガス流路52及び酸化剤ガス流路32中の凝縮水が水蒸気化し、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガス中に取り込まれる。これにより、燃料ガス流路52及び酸化剤ガス流路32に凝縮水が滞留することを抑制し、良好な排水処理が確実に遂行可能になるという効果が得られる。   Therefore, the flow rate of the cooling medium is reduced corresponding to the downstream side of the fuel gas passage 52 and the oxidant gas passage 32, so that the downstream temperature rises and the fuel gas and the oxidant gas are warmed. Thus, the condensed water in the fuel gas channel 52 and the oxidant gas channel 32 is steamed and taken into the fuel gas and the oxidant gas. Thereby, it is possible to prevent the condensed water from staying in the fuel gas flow path 52 and the oxidant gas flow path 32, and to obtain an effect that a good waste water treatment can be reliably performed.

一方、他の入口バッファ部62は、酸化剤ガス入口連通孔20aに近接しており、酸化剤ガス流路32の入口側に対応して冷却媒体流路42に供給される冷却媒体の流量が増加する。従って、酸化剤ガス流路32及び燃料ガス流路52では、反応が集中し易い上流側に冷却媒体が増量され、前記上流側を効果的に冷却することができる。このため、電解質膜・電極構造体12が高温になることを阻止し、安定した発電が遂行可能になる。   On the other hand, the other inlet buffer 62 is close to the oxidant gas inlet communication hole 20a, and the flow rate of the coolant supplied to the coolant flow path 42 corresponding to the inlet side of the oxidant gas flow path 32 is small. To increase. Therefore, in the oxidant gas flow channel 32 and the fuel gas flow channel 52, the amount of the cooling medium is increased on the upstream side where the reaction tends to concentrate, and the upstream side can be effectively cooled. For this reason, it is possible to prevent the electrolyte membrane / electrode structure 12 from reaching a high temperature and perform stable power generation.

また、入口バッファ部62及び出口バッファ部50、66には、必要に応じて圧損発生部80b〜80dが設けられている。これにより、冷却媒体流路42内における冷却媒体の流量の調整が良好に行われ、発電面全面の電流密度分布を均一化することが可能になる。   The inlet buffer 62 and the outlet buffers 50 and 66 are provided with pressure loss generators 80b to 80d as necessary. As a result, the flow rate of the cooling medium in the cooling medium flow path 42 is adjusted well, and the current density distribution over the entire power generation surface can be made uniform.

しかも、圧損発生部80a〜80dを構成する圧損要素82a〜82dは、それぞれエンボス44a、62a、50a及び66aに着脱自在である。従って、圧損要素82a〜82dの寸法を設定するだけで、種々の燃料電池10に適用することができ、汎用性に優れるという利点がある。   Moreover, the pressure loss elements 82a to 82d constituting the pressure loss generating portions 80a to 80d are detachable from the embosses 44a, 62a, 50a, and 66a, respectively. Therefore, it is possible to apply to various fuel cells 10 only by setting the dimensions of the pressure loss elements 82a to 82d, and there is an advantage that the versatility is excellent.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック100の概略斜視図である。   FIG. 8 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 100 according to the second embodiment of the present invention.

燃料電池スタック100は、積層方向中央側に所定数の燃料電池10が積層された第1積層体102aを設けるとともに、この第1積層体102aの両側には、同様に所定数の燃料電池10が積層された第2積層体102bが積層される。さらに、第2積層体102bの両側には、所定数の燃料電池10が積層された第3積層体102cが積層される。   The fuel cell stack 100 includes a first stacked body 102a in which a predetermined number of fuel cells 10 are stacked on the center side in the stacking direction, and a predetermined number of fuel cells 10 are similarly provided on both sides of the first stacked body 102a. The stacked second stacked body 102b is stacked. Further, a third stacked body 102c in which a predetermined number of fuel cells 10 are stacked is stacked on both sides of the second stacked body 102b.

積層方向両端の第3積層体102cには、ターミナルプレート104a、104b、インシュレータプレート106a、106b及びエンドプレート108a、108bが積層され、これらが図示しないタイロッド等によって一体的に締め付け保持される。   Terminal plates 104a and 104b, insulator plates 106a and 106b, and end plates 108a and 108b are stacked on the third stacked body 102c at both ends in the stacking direction, and these are integrally clamped and held by a tie rod (not shown).

第1積層体102aに配置される燃料電池10は、冷却媒体入口連通孔22aに連通して燃料ガス出口連通孔24bに近接する入口バッファ部(図7中、入口バッファ部44参照)に圧損発生部110aが設けられる。同様に、第2及び第3積層体102b、102cを構成するそれぞれの燃料電池10には、図示しない入口バッファ部に圧損発生部110b、110cが設けられる。   The fuel cell 10 disposed in the first stacked body 102a generates pressure loss in the inlet buffer portion (see the inlet buffer portion 44 in FIG. 7) that communicates with the cooling medium inlet communication hole 22a and is close to the fuel gas outlet communication hole 24b. A portion 110a is provided. Similarly, each fuel cell 10 constituting the second and third stacked bodies 102b and 102c is provided with pressure loss generating portions 110b and 110c in an inlet buffer portion (not shown).

圧損発生部110a〜110cは、それぞれ着脱自在で且つ大きさの異なる圧損要素112a〜112cを備える。圧損要素112aが最小寸法に設定される一方、圧損要素112cが最大寸法に設定されており、前記圧損要素112a〜112cには、エンボス114a〜114cが設けられる。   Each of the pressure loss generating portions 110a to 110c includes pressure loss elements 112a to 112c that are detachable and have different sizes. While the pressure loss element 112a is set to the minimum dimension, the pressure loss element 112c is set to the maximum dimension, and the pressure loss elements 112a to 112c are provided with embosses 114a to 114c.

このように構成される燃料電池スタック100では、第1〜第3積層体102a〜102cにそれぞれ大きさの異なる圧損要素112a〜112cが設けられており、図9に示すように、前記第1〜第3積層体102a〜102cにおける冷却媒体流量が変更される。   In the fuel cell stack 100 configured as described above, the first to third stacked bodies 102a to 102c are provided with pressure loss elements 112a to 112c having different sizes, respectively, and as shown in FIG. The cooling medium flow rate in the third stacked bodies 102a to 102c is changed.

このため、特に燃料電池スタック100の積層方向端部に設けられる第3積層体102cでは、放熱によって低温になり易いが、この第3積層体102cに供給される冷却媒体の流量は、中央部側の第1積層体102a及びこの第1積層体102aの両側の第2積層体102bに供給される冷却媒体の流量よりも小さく設定することができる。   For this reason, in particular, in the third stacked body 102c provided at the end of the fuel cell stack 100 in the stacking direction, the temperature tends to become low due to heat dissipation, but the flow rate of the cooling medium supplied to the third stacked body 102c is The flow rate of the cooling medium supplied to the first stacked body 102a and the second stacked body 102b on both sides of the first stacked body 102a can be set smaller.

これにより、第3積層体102cを構成する燃料電池10は、結露による濃度過電圧の増加や触媒活性の低下等を阻止することが可能になり、燃料電池スタック100全体として効率的な発電が行われるという効果が得られる。しかも、第1〜第3積層体102a〜102cでは、同一の燃料電池10を用いることができ、汎用性に優れるとともに、経済的であるという利点が得られる。   As a result, the fuel cell 10 constituting the third stacked body 102c can prevent an increase in concentration overvoltage or a decrease in catalyst activity due to condensation, and the fuel cell stack 100 as a whole can efficiently generate power. The effect is obtained. In addition, in the first to third stacked bodies 102a to 102c, the same fuel cell 10 can be used, and the advantages of being versatile and economical are obtained.

なお、図7に示すように、他の入口バッファ部62及び出口バッファ部50、66においても同様に、第1〜第3積層体102a〜102cに対してそれぞれ大きさの異なる圧損要素(図示せず)を設けることにより、燃料電池スタック100の積層方向に対する冷却媒体の供給流量を調整してもよい。   In addition, as shown in FIG. 7, in the other inlet buffer parts 62 and the outlet buffer parts 50 and 66, pressure loss elements (not shown) having different sizes with respect to the first to third stacked bodies 102a to 102c are similarly shown. The cooling medium supply flow rate in the stacking direction of the fuel cell stack 100 may be adjusted.

また、第1及び第2の実施形態では、冷却媒体流路42は、それぞれ矢印B方向に一往復半するサーペンタイン流路の酸化剤ガス流路32及び燃料ガス流路52の裏面側が重なり合って一体的に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤ガス流路32及び燃料ガス流路52は、略U字状流路であってもよい。   Further, in the first and second embodiments, the coolant flow path 42 is integrated with the oxidant gas flow path 32 of the serpentine flow path and the back side of the fuel gas flow path 52 that are reciprocated halfway in the direction of arrow B, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, the oxidant gas channel 32 and the fuel gas channel 52 may be substantially U-shaped channels.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの一部断面説明図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional explanatory view of a fuel cell stack in which the fuel cells are stacked. 第1金属プレートの一方の面の説明図である。It is explanatory drawing of one surface of a 1st metal plate. 前記第1金属プレートの他方の面の説明図である。It is explanatory drawing of the other surface of the said 1st metal plate. 第2金属プレートの一方の面の説明図である。It is explanatory drawing of one surface of a 2nd metal plate. 前記第2金属プレートの他方の面の説明図である。It is explanatory drawing of the other surface of the said 2nd metal plate. 金属セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a cooling medium channel formed in a metal separator. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。6 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. FIG. 前記燃料電池スタックの積層方向に対する冷却媒体の供給量の説明図である。It is explanatory drawing of the supply amount of the cooling medium with respect to the lamination direction of the said fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池 11、100…燃料電池スタック
12…電解質膜・電極構造体 13…セパレータ
14、16…金属プレート 14a、14b、16a、16b…面
20a…酸化剤ガス入口連通孔 20b…酸化剤ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24a…燃料ガス入口連通孔 24b…燃料ガス出口連通孔
26…固体高分子電解質膜 28…アノード側電極
30…カソード側電極 32…酸化剤ガス流路
34、44、54、62…入口バッファ部
34a、36a、44a、50a、54a、56a、62a、66a、84a〜84d、114a〜114c…エンボス
36、50、56、66…出口バッファ部
42…冷却媒体流路 52…燃料ガス流路
80a〜80d、110a〜110c…圧損発生部
82a〜82d、112a〜112c…圧損要素
102a〜102c…積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 11, 100 ... Fuel cell stack 12 ... Electrolyte membrane and electrode structure 13 ... Separator 14, 16 ... Metal plate 14a, 14b, 16a, 16b ... Surface 20a ... Oxidant gas inlet communication hole 20b ... Oxidant gas Outlet communication hole 22a ... Cooling medium inlet communication hole 22b ... Cooling medium outlet communication hole 24a ... Fuel gas inlet communication hole 24b ... Fuel gas outlet communication hole 26 ... Solid polymer electrolyte membrane 28 ... Anode side electrode 30 ... Cathode side electrode 32 ... Oxidant gas flow path 34, 44, 54, 62 ... Inlet buffer part 34a, 36a, 44a, 50a, 54a, 56a, 62a, 66a, 84a-84d, 114a-114c ... Emboss 36, 50, 56, 66 ... Outlet Buffer unit 42 ... cooling medium channel 52 ... fuel gas channels 80a to 80d, 110a to 110c ... pressure loss generating unit 82a 82d, 112a~112c ... pressure loss element 102a~102c ... laminate

Claims (5)

電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第1及び第2セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第1及び第2セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記冷却媒体流路は、前記冷却媒体入口連通孔に少なくとも2つの入口バッファ部を介して連通するとともに、
前記2つの入口バッファ部の中、少なくとも前記反応ガス出口連通孔に近接する入口バッファ部には、前記冷却媒体の流れを抑制する圧損発生部が設けられることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte / electrode structure having an electrolyte sandwiched between a pair of electrodes, the electrolyte / electrode structure sandwiched between first and second separators, and penetrating in the stacking direction to communicate with a reaction gas inlet and a reaction gas outlet A cooling medium communicating with the cooling medium inlet communication hole and the cooling medium outlet communication hole is formed between the first and second separators, which are formed with a hole, a cooling medium inlet communication hole, and a cooling medium outlet communication hole. A fuel cell in which a medium flow path is formed,
The cooling medium flow path communicates with the cooling medium inlet communication hole via at least two inlet buffer portions, and
The fuel cell according to claim 1, wherein a pressure loss generation portion that suppresses the flow of the cooling medium is provided at least in the inlet buffer portion adjacent to the reaction gas outlet communication hole among the two inlet buffer portions.
請求項1記載の燃料電池において、前記入口バッファ部は、エンボスを有しており、
前記圧損発生部は、前記エンボスに着脱自在な圧損要素を備えることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein the inlet buffer portion has an embossing.
The fuel cell according to claim 1, wherein the pressure loss generator includes a pressure loss element that is detachable from the emboss.
請求項2記載の燃料電池において、前記圧損発生部は、少なくとも2種類の大きさの異なる圧損要素を備え、前記入口バッファ部に応じて前記圧損要素の大きさを選択することを特徴とする燃料電池。   3. The fuel cell according to claim 2, wherein the pressure loss generating portion includes at least two types of pressure loss elements having different sizes, and the size of the pressure loss element is selected in accordance with the inlet buffer portion. battery. 電解質を一対の電極で挟持した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第1及び第2セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第1及び第2セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池を積層する燃料電池スタックであって、
前記冷却媒体流路は、前記冷却媒体入口連通孔に少なくとも2つの入口バッファ部を介して連通するとともに、
前記2つの入口バッファ部の中、少なくとも前記反応ガス出口連通孔に近接する入口バッファ部には、前記冷却媒体の流れを抑制する圧損発生部が設けられ、
積層方向端部側の燃料電池の圧損発生部は、積層方向中央部側の燃料電池の圧損発生部よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte / electrode structure having an electrolyte sandwiched between a pair of electrodes, the electrolyte / electrode structure sandwiched between first and second separators, and penetrating in the stacking direction to communicate with a reaction gas inlet and a reaction gas outlet A cooling medium communicating with the cooling medium inlet communication hole and the cooling medium outlet communication hole is formed between the first and second separators, which are formed with a hole, a cooling medium inlet communication hole, and a cooling medium outlet communication hole. A fuel cell stack comprising a fuel cell in which a medium flow path is formed and laminating a plurality of the fuel cells,
The cooling medium flow path communicates with the cooling medium inlet communication hole via at least two inlet buffer portions, and
Among the two inlet buffer portions, at least the inlet buffer portion close to the reaction gas outlet communication hole is provided with a pressure loss generating portion that suppresses the flow of the cooling medium,
The fuel cell stack characterized in that the pressure loss generation part of the fuel cell on the end side in the stacking direction is set to a size larger than the pressure loss generation part of the fuel cell on the center side in the stacking direction.
請求項4記載の燃料電池スタックにおいて、前記入口バッファ部は、エンボスを有しており、
前記圧損発生部は、前記エンボスに着脱自在な少なくとも2種類の大きさの異なる圧損要素を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
5. The fuel cell stack according to claim 4, wherein the inlet buffer portion has embossing,
The fuel cell stack, wherein the pressure loss generating portion includes at least two different types of pressure loss elements that are detachably attached to the emboss.
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