JP2006294543A

JP2006294543A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2006294543A
Application number: JP2005116916A
Authority: JP
Inventors: Takumi Tanaka; 拓海田中; Katsumi Sato; 克己佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of draining remaining produced water from a downstream part of a reaction gas passage, in particular, from a diffusion layer in a part under a rib. <P>SOLUTION: (1) This fuel cell 10 is provided with a separator having a first surface 40 being a surface on the side facing to a membrane-electrode assembly (MEA), a second surface 41 being a surface on the side opposite to the first surface, and the ribs 42 formed on the first surface side and having top surfaces in contact with the diffusion layer, and gas passages 27 and 28 formed by the ribs 42 on the first surface 40 side of the separator, and has, in a rib part positioned in a downstream side part of the gas passage, a draining communication hole 44 opened to a contact surface 42a of the diffusion layer of the rib and penetrating the separator in a direction connecting the first surface to the second surface. (2) This application also provides the fuel cell described in (1) where the separator has a draining passage 45 formed on the second surface side, the draining passage 45 communicates with a produced water exit 46 formed in the separator, and the draining communication hole 44 makes a draining groove 44a communicate with the draining passage 45. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.

従来、固体高分子電解質型燃料電池では、電解質膜、触媒層電極から構成されるＭＥＡを拡散層を介してセパレータで挟み、単位セル（単セル）が構成される。セパレータには、ＭＥＡに対向する側の面にリブとガス流路が形成されており、反対側の面に冷却水流路が形成されている。
アノードでは水素がプロトンと電子に電離され、プロトンは電解質膜中を透過してカソードに至り、カソードで酸素と反応して発電するとともに水を生成する。カソード側のガス流路は下流部ほど生成水がたまってフラッディングを生じやすくなる。また、拡散層のうちセパレータのリブで押されている部分（リブ下部分）は滞留した水を除去することが困難である。フラッディングが生じると、カソードと酸素との接触が阻害され、発電性能が低下するので、生成水は十分に排水されることが望ましい。生成水の一部は電解質膜を透過してアノード側に移行するので、同様の問題がアノード側にも生じ得る。 Conventionally, in a polymer electrolyte fuel cell, a unit cell (single cell) is configured by sandwiching an MEA composed of an electrolyte membrane and a catalyst layer electrode with a separator through a diffusion layer. In the separator, a rib and a gas flow path are formed on the surface facing the MEA, and a cooling water flow path is formed on the opposite surface.
At the anode, hydrogen is ionized into protons and electrons, and the protons pass through the electrolyte membrane and reach the cathode, where they react with oxygen to generate electricity and generate water. As the downstream side of the gas flow path on the cathode side, generated water accumulates and flooding is likely to occur. In addition, it is difficult to remove the accumulated water in the portion of the diffusion layer that is pressed by the rib of the separator (the lower portion of the rib). When flooding occurs, contact between the cathode and oxygen is hindered and power generation performance is reduced. Therefore, it is desirable that the generated water be sufficiently drained. Since a part of the generated water passes through the electrolyte membrane and moves to the anode side, the same problem can occur on the anode side.

特開２００４−１４６２４７号公報は、カソード側のセパレータを多孔質体とし、かつ多孔質の孔径を酸化ガス流れの上流側より下流側ほど大きくし、生成水をガス流路下流側から冷却水流路に排出することにより、フラッディングを抑制した燃料電池を開示している。
特開２００４−１４６２４７号公報 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-146247 discloses that a separator on the cathode side is a porous body, and the pore size of the porous is increased from the upstream side of the oxidizing gas flow to the downstream side, and the generated water is supplied from the downstream side of the gas flow channel to the cooling water flow channel. Disclosed is a fuel cell in which flooding is suppressed by discharging it.
JP 2004-146247 A

しかし、従来の燃料電池においては、セパレータを多孔質体で形成しているために、生成水の排水性が不十分であるという課題がある。また、カソードセパレータを多孔質体で形成しかつ孔径を変化させているためにコストがかかるという課題がある。 However, in the conventional fuel cell, since the separator is formed of a porous body, there is a problem that the drainage of generated water is insufficient. Moreover, since the cathode separator is formed of a porous body and the pore diameter is changed, there is a problem that costs are increased.

本発明の目的は、セパレータを多孔質体で形成することなく、反応ガス流路下流部から、とくに拡散層のリブで押された部分から、滞留する生成水を排水することができる燃料電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of draining the retained generated water from the downstream portion of the reaction gas flow path, particularly from the portion pressed by the rib of the diffusion layer, without forming the separator with a porous body. It is to provide.

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）電解質膜と電極と拡散層から構成される膜・電極接合体（ＭＥＡ）に対向する側の面である第１の面と、該第１の面と反対側の面である第２の面と、前記第１の面側に形成され頂面が拡散層に接するリブとを有するセパレータと、該セパレータの前記第１の面側に前記リブによって形成されるガス流路とを備えた燃料電池であって、前記ガス流路の下流側部に位置するリブ部分に、リブの拡散層の接触面に開口するとともにセパレータを前記第１の面と前記第２の面を結ぶ方向に貫通する排水用連通孔を有する燃料電池。
（２）前記セパレータは前記第２の面側に形成された排水用流路を有しており、該排水用流路はセパレータに形成された生成水出口に連通しており、前記排水用連通孔は、前記排水用流路に連通している（１）記載の燃料電池。
（３）前記セパレータが膜・電極接合体のカソード側に配置されるカソード側セパレータである（１）または（２）記載の燃料電池。
（４）前記セパレータが膜・電極接合体のアノード側に配置されるアノード側セパレータである（１）〜（３）記載の燃料電池。
（５）前記セパレータが膜・電極接合体のカソード側に配置されるカソード側セパレータと、膜・電極接合体のアノード側に配置されるアノード側セパレータとを有し、一つの燃料電池のアノード側セパレータの前記排水用連通孔と、該一つの燃料電池に隣接する燃料電池のカソード側セパレータの前記排水用連通孔とは、一つの燃料電池のアノード側セパレータと、該一つの燃料電池に隣接する燃料電池のカソード側セパレータとの間に配置された隔離板によって互いに遮断されている（１）記載の燃料電池。
（６）前記セパレータは前記第２の面側に形成された冷却水流路を有しており、前記排水用連通孔は、前記冷却水流路に連通している（１）記載の燃料電池。
（７）前記ガス流路を流れるガスの圧力を前記冷却水流路を流れる冷却水の圧力より大とした（６）記載の燃料電池。 The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) A first surface which is a surface facing a membrane / electrode assembly (MEA) composed of an electrolyte membrane, an electrode and a diffusion layer, and a second surface which is the surface opposite to the first surface And a separator having a rib formed on the first surface side and having a top surface in contact with the diffusion layer, and a gas flow path formed by the rib on the first surface side of the separator. In the fuel cell, a rib portion located on the downstream side of the gas flow path opens in the contact surface of the diffusion layer of the rib and penetrates the separator in the direction connecting the first surface and the second surface. A fuel cell having drainage communication holes.
(2) The separator has a drainage channel formed on the second surface side, and the drainage channel communicates with a generated water outlet formed in the separator. The hole is in the fuel cell according to (1), which communicates with the drainage flow path.
(3) The fuel cell according to (1) or (2), wherein the separator is a cathode-side separator disposed on the cathode side of the membrane-electrode assembly.
(4) The fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the separator is an anode-side separator disposed on the anode side of the membrane / electrode assembly.
(5) The separator has a cathode separator disposed on the cathode side of the membrane / electrode assembly, and an anode separator disposed on the anode side of the membrane / electrode assembly, and the anode side of one fuel cell The drain communication hole of the separator and the drain communication hole of the cathode separator of the fuel cell adjacent to the one fuel cell are adjacent to the anode separator of the fuel cell and the one fuel cell. The fuel cell according to (1), wherein the fuel cells are blocked from each other by a separator disposed between the cathode separator of the fuel cell.
(6) The fuel cell according to (1), wherein the separator has a cooling water passage formed on the second surface side, and the drainage communication hole communicates with the cooling water passage.
(7) The fuel cell according to (6), wherein the pressure of the gas flowing through the gas flow path is larger than the pressure of the cooling water flowing through the cooling water flow path.

上記（１）の燃料電池によれば、セパレータの、ガス流路の下流側部のリブ部分に、リブの拡散層押圧面に開口するとともにセパレータを貫通する排水用連通孔を有するので、拡散層のうちリブ下部分に滞留する生成水は、毛管現象および圧力差により、排水用連通孔を通って裏面に抜けて排出される。その結果、ガス流路の下流側部でフラッディングが起こらないか、または起こりにくくなる。また、生成水を排水するのに、セパレータを多孔質体とせずに、排水用連通孔を通して水を抜くようにしたので、カソードセパレータを多孔質体で形成しかつ孔径を変化させた従来の場合に比べてコストがかからない。
上記（２）の燃料電池によれば、セパレータは裏面側に形成された排水用流路を有しており、排水用流路はセパレータに形成された生成水出口に連通しており、排水用連通孔は、排水用流路に連通しているので、排水用連通孔に入った生成水は排水用連通孔から排水用流路を通って生成水出口に排出される。排水用流路は冷却水流路とは別の流路であり、生成水は冷却水と混じり合わない。
上記（３）の燃料電池によれば、カソード側セパレータに排水用連通孔を形成したので、カソード側で生成される生成水を効果的に排水することができる。
上記（４）の燃料電池によれば、アノード側セパレータに排水用連通孔を形成したので、アノード側で生成される生成水を効果的に排水することができる。
カソード側セパレータに排水用連通孔を形成するとともに、アノード側セパレータに排水用連通孔を形成した場合は、カソード側で生成される生成水とアノード側で生成される生成水を効果的に排水することができる。
上記（５）の燃料電池によれば、１つの燃料電池のアノード側セパレータの排水用連通孔と、それに隣接する燃料電池のカソード側セパレータの排水用連通孔とは、隔離板によって互いに遮断されているので、アノード側セパレータの排水用連通孔を通して水分と共に排出された水素と、カソード側セパレータの排水用連通孔を通して水分と共に排出された空気とが、混合することが隔離板によって防止され、水素を回収して再び燃料電池に供給することが可能になる。
上記（６）の燃料電池によれば、セパレータは裏面側に形成された冷却水流路を有しており、排水用連通孔は冷却水流路に連通しているので、排水用連通孔に入った生成水は排水用連通孔を通って冷却水流路に排出される。この場合は、生成水は冷却水と混じり合う。
上記（７）の燃料電池によれば、ガス流路を流れるガスの圧力を冷却水流路を流れる冷却水の圧力より大としたので、水が排水用連通孔を通して冷却水流路からガス流路へ逆流することを防止することができる。 According to the fuel cell of (1) above, since the rib portion on the downstream side of the gas flow path of the separator has the drainage communication hole that opens to the diffusion layer pressing surface of the rib and penetrates the separator, the diffusion layer The generated water staying in the lower portion of the ribs is discharged through the drainage communication hole to the back surface due to capillary action and pressure difference. As a result, flooding does not occur or hardly occurs on the downstream side of the gas flow path. In addition, in order to drain the generated water, the separator is not made porous, but water is drained through the drainage communication hole, so that the cathode separator is made of a porous body and the pore size is changed. Cost less than
According to the fuel cell of the above (2), the separator has a drainage channel formed on the back surface side, and the drainage channel communicates with the generated water outlet formed in the separator. Since the communication hole communicates with the drainage flow path, the generated water entering the drainage communication hole is discharged from the drainage communication hole through the drainage flow path to the generated water outlet. The drainage channel is a channel different from the cooling water channel, and the generated water does not mix with the cooling water.
According to the fuel cell of (3) above, since the drainage communication hole is formed in the cathode side separator, the generated water generated on the cathode side can be drained effectively.
According to the fuel cell of the above (4), since the drainage communication hole is formed in the anode side separator, the generated water generated on the anode side can be drained effectively.
When drainage communication holes are formed in the cathode side separator and drainage communication holes are formed in the anode side separator, the generated water generated on the cathode side and the generated water generated on the anode side are effectively drained. be able to.
According to the fuel cell of the above (5), the drain communication hole of the anode separator of one fuel cell and the drain communication hole of the cathode separator of the fuel cell adjacent thereto are blocked from each other by the separator. Therefore, the separator prevents the hydrogen discharged together with moisture through the drainage through hole of the anode side separator and the air discharged together with moisture through the drainage through hole of the cathode side separator. It can be recovered and supplied to the fuel cell again.
According to the fuel cell of the above (6), the separator has the cooling water channel formed on the back surface side, and the drainage communication hole communicates with the cooling water channel, so that the separator enters the drainage communication hole. The generated water is discharged to the cooling water flow path through the drainage communication hole. In this case, the generated water is mixed with the cooling water.
According to the fuel cell of the above (7), the pressure of the gas flowing through the gas flow path is made larger than the pressure of the cooling water flowing through the cooling water flow path, so that the water passes from the cooling water flow path to the gas flow path through the drainage communication hole. Backflow can be prevented.

以下に、本発明の燃料電池を図１−図１７を参照して説明する。
図１−図４は本発明の実施例１（セパレータ裏面に排水用流路を形成した実施例）の燃料電池を示し、
図５−図８は本発明の実施例２（カソード側セパレータのみに排水用連通孔を形成した実施例）の燃料電池を示し、
図９−図１２は本発明の実施例３（アノード側セパレータにも排水用連通孔を形成した実施例）の燃料電池を示し、
図１３は本発明の実施例１〜実施例３に共通に適用可能なスタックを示し、
図１４、図１５は本発明の実施例４（セパレータ裏面に冷却水流路を形成した実施例）の燃料電池を示し、
図１６は本発明の何れの実施例にも適用可能な燃料電池スタックを示し、
図１７は本発明の何れの実施例にも適用可能な燃料電池の一部分を示す。
本発明の全実施例に共通する、または類似する部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。 Below, the fuel cell of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
1 to 4 show a fuel cell of Example 1 of the present invention (an example in which a drain passage is formed on the back side of the separator),
5 to 8 show a fuel cell of Example 2 of the present invention (an example in which drainage communication holes are formed only in the cathode side separator).
9 to 12 show a fuel cell of Example 3 of the present invention (an example in which drainage communication holes are also formed in the anode separator),
FIG. 13 shows a stack that can be commonly applied to the first to third embodiments of the present invention.
14 and 15 show a fuel cell of Example 4 of the present invention (an example in which a cooling water flow path is formed on the back side of the separator),
FIG. 16 shows a fuel cell stack applicable to any embodiment of the present invention,
FIG. 17 shows a portion of a fuel cell applicable to any embodiment of the present invention.
Portions common to or similar to all the embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout the embodiments of the present invention.

まず、本発明の全実施例に共通する、または類似する燃料電池の構成と作用、効果を、図１−図４、図１６、図１７を参照して説明する。
本発明で対象となる燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。該燃料電池は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。 First, the configuration, operation, and effect of a fuel cell common to or similar to all the embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, 16, and 17.
The target fuel cell in the present invention is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.

固体高分子電解質型燃料電池のスタック２３は、図１６、図１７に示すように、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）１９とセパレータ１８とを有する単位燃料電池１０（「単位電池」、「単セル」ともいう）を積層したものからなる。積層方向は任意である。膜・電極接合体１９は、イオン交換膜からなる電解質膜（「電解質」ともいう）１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード）１７と、電極１４、１７とセパレータ１８との間に、アノード側、カソード側にそれぞれ設けられる拡散層１３、１６と、を有する。セパレータ１８はアノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｂを含む。アノード側セパレータ１８ａには、拡散層１３と接する側の面側にアノード１４に燃料ガス（たとえば、水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード側セパレータ１８ｂには、拡散層１６と接する側の面側にカソード１７に酸化ガス（たとえば、酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８には拡散層１３、１６と接する側の面と反対側の面側に、冷媒（通常、冷却水）を流すための流路２６も形成されている。膜・電極接合体１９とセパレータ１８を重ねてセル１０を構成し、少なくとも１つのセル１０からモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート）にボルト・ナット２５にて固定し、セル積層体にセル積層方向の締結荷重を付与し、燃料電池スタック２３を構成する。 The solid polymer electrolyte fuel cell stack 23 includes a unit fuel cell 10 (“unit cell”) having a membrane-electrode assembly (MEA) 19 and a separator 18, as shown in FIGS. And “single cell”). The stacking direction is arbitrary. The membrane / electrode assembly 19 includes an electrolyte membrane (also referred to as an “electrolyte”) 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode) 14 made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane 11, and the other surface of the electrolyte membrane 11. And an electrode (cathode) 17 formed of a catalyst layer disposed between the diffusion layers 13 and 16 provided on the anode side and the cathode side, respectively, between the electrodes 14 and 17 and the separator 18. The separator 18 includes an anode side separator 18a and a cathode side separator 18b. A fuel gas flow path 27 for supplying fuel gas (for example, hydrogen) to the anode 14 is formed on the anode side separator 18a on the surface side in contact with the diffusion layer 13, and a diffusion layer is provided on the cathode side separator 18b. An oxidizing gas passage 28 for supplying an oxidizing gas (for example, oxygen, usually air) to the cathode 17 is formed on the surface side in contact with 16. The separator 18 is also formed with a flow path 26 for flowing a coolant (usually cooling water) on the surface opposite to the surface in contact with the diffusion layers 13 and 16. The membrane / electrode assembly 19 and the separator 18 are overlapped to constitute a cell 10, a module is constituted by at least one cell 10, and the module is laminated to form a cell laminate, and terminals are arranged at both ends of the cell laminate in the cell lamination direction. 20, an insulator 21 and an end plate 22 are arranged, and the end plates 22 at both ends are fixed to a fastening member 24 (for example, a tension plate) extending in the cell stacking direction outside the cell stack with bolts and nuts 25, and the cell stack The fuel cell stack 23 is configured by applying a fastening load in the cell stacking direction to the body.

各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode 14 side of each cell 10, and the hydrogen ions move to the cathode side through the electrolyte membrane 11, and oxygen, hydrogen ions, and Next reaction to generate water from electrons (electrons generated at the anode of the adjacent MEA come through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit) Is done.
Anode side: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O

セパレータ１８は、カーボンセパレータ、またはメタルセパレータ、または樹脂フレームと組み合わされたメタルセパレータ、または導電性樹脂セパレータからなる。
セパレータ１８は、その縁部近傍に、入側の燃料ガスマニホールド３０ａ、出側の燃料ガスマニホールド３０ｂ、入側の酸化ガスマニホールド３１ａ、出側の酸化ガスマニホールド３１ｂ、入側の冷却水マニホールド２９ａ、出側の冷却水マニホールド２９ｂを有する。アノード側のセパレータ１８ａの縁部近傍部で囲まれた発電領域部には、拡散層１３と対向する面側に燃料ガス流路２７が形成されており、カソード側のセパレータ１８ｂの縁部近傍部で囲まれた発電領域部には、拡散層１６と対向する面側に酸化ガス流路２８が形成されている。セパレータ１８の、拡散層と対向する面と反対側の面側に冷却水流路２６が形成されている。
燃料ガスは、入側の燃料ガスマニホールド３０ａから燃料ガス流路２７に流入し燃料ガス流路２７から出側の燃料ガスマニホールド３０ｂに流出する。
酸化ガスは、入側の酸化ガスマニホールド３１ａから酸化ガス流路２８に流入し酸化ガス流路２８から出側の酸化ガスマニホールド３１ｂに流出する。
冷却水は、入側の冷却水マニホールド２９ａから冷却水流路２６に入り冷却水流路２６から出側の冷却水マニホールド２９ｂに流出する。
流体流路まわりは接着剤３３またはガスケットにてシールされ、モジュール間はガスケット３２または接着剤にてシールされる。 The separator 18 is made of a carbon separator, a metal separator, a metal separator combined with a resin frame, or a conductive resin separator.
The separator 18 has an inlet side fuel gas manifold 30a, an outlet side fuel gas manifold 30b, an inlet side oxidizing gas manifold 31a, an outlet side oxidizing gas manifold 31b, an inlet side cooling water manifold 29a, An outlet side cooling water manifold 29b is provided. In the power generation region surrounded by the vicinity of the edge of the anode-side separator 18a, a fuel gas channel 27 is formed on the surface facing the diffusion layer 13, and the vicinity of the edge of the cathode-side separator 18b is formed. An oxidizing gas flow path 28 is formed on the side of the power generation region surrounded by the surface facing the diffusion layer 16. A cooling water channel 26 is formed on the surface of the separator 18 opposite to the surface facing the diffusion layer.
The fuel gas flows into the fuel gas passage 27 from the inlet side fuel gas manifold 30a and flows out of the fuel gas passage 27 into the outlet side fuel gas manifold 30b.
The oxidizing gas flows into the oxidizing gas channel 28 from the inlet side oxidizing gas manifold 31a and flows out from the oxidizing gas channel 28 to the outlet side oxidizing gas manifold 31b.
The cooling water enters the cooling water passage 26 from the inlet-side cooling water manifold 29a and flows out from the cooling water passage 26 to the outlet-side cooling water manifold 29b.
The fluid flow path is sealed with an adhesive 33 or a gasket, and the modules are sealed with a gasket 32 or an adhesive.

セパレータ１８は、ＭＥＡ１９に対向する側の面である表面４０と、表面４０と反対側の面である裏面４１と、表面４０側に形成されたリブ（凸条部）４２とガス流路２７または２８とを有する。ガス流路２７または２８はセパレータの一辺から対向する他辺に向かって直線状に延びるストレート流路であってもよいし、あるいは蛇行するサーペンタイン流路であってもよい。リブ４２は隣接するガス流路２７または２８間に位置して、ガス流路２７または２８がストレート流路の場合はストレート状に、ガス流路２７または２８がサーペンタイン流路の場合はサーペンタイン状（蛇行状）に延びる。セパレータ１８のリブ４２の頂面は拡散層１３または１６を押圧する拡散層押圧面４２ａである。セパレータ１８のリブ４２の拡散層押圧面４２ａで押圧された拡散層部分（リブ直下部分）は、セパレータ１８のガス流路２７、２８に対応する拡散層部分に比べて、ガスの流通性が悪く、水分がガス流に乗って持ちされにくく、生成水が滞留しやすい部分である。 The separator 18 includes a surface 40 that is a surface facing the MEA 19, a back surface 41 that is a surface opposite to the surface 40, ribs (projections) 42 formed on the surface 40 side, a gas flow path 27 or 28. The gas flow path 27 or 28 may be a straight flow path that extends linearly from one side of the separator to the opposite side, or may be a serpentine flow path that meanders. The ribs 42 are positioned between adjacent gas flow paths 27 or 28, and are straight when the gas flow path 27 or 28 is a straight flow path, and serpentine-shaped when the gas flow path 27 or 28 is a serpentine flow path ( It extends in a meandering manner. The top surface of the rib 42 of the separator 18 is a diffusion layer pressing surface 42 a that presses the diffusion layer 13 or 16. The diffusion layer portion (portion directly below the rib) pressed by the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42 of the separator 18 has poor gas flowability compared to the diffusion layer portions corresponding to the gas flow paths 27 and 28 of the separator 18. The water is not easily carried on the gas flow, and the generated water tends to stay.

燃料電池用セパレータ１８は、ガス流路（酸化ガス流路２８、または燃料ガス流路２７、または酸化ガス流路２８と燃料ガス流路２７の両方のガス流路２８および２７）の下流側部（流路を上流側部と下流側部との２つに分けた場合の下流側部の少なくとも一部分）のリブ４２部分に、リブ４２の拡散層押圧面４２ａに開口するとともにセパレータ１８をＭＥＡに対向する第１の面とそれと反対側の第２の面を結ぶ方向に貫通する排水用連通孔４４を有している。排水用連通孔４４は、リブ４２の拡散層押圧面４２ａに開口する排水用溝（底付きのスリット）４４ａと、該排水用溝４４ａに連通しセパレータ１８を貫通する排水用貫通孔４４ｂとを有する。ただし、排水用連通孔４４は、排水用溝４４ａを有さず排水用貫通孔４４ｂのみから構成されてもよく、その場合は、排水用貫通孔４４ｂがリブ４２の拡散層押圧面４２ａに開口する。 The separator 18 for the fuel cell is a downstream side portion of the gas flow path (the oxidizing gas flow path 28, the fuel gas flow path 27, or the gas flow paths 28 and 27 of both the oxidizing gas flow path 28 and the fuel gas flow path 27). In the rib 42 portion (at least a part of the downstream side portion when the flow path is divided into the upstream side portion and the downstream side portion), the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42 is opened and the separator 18 is formed in the MEA. There is a drainage communication hole 44 penetrating in a direction connecting the first opposing surface and the second opposite surface. The drainage communication hole 44 includes a drainage groove (slit with a bottom) 44a that opens to the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42, and a drainage through hole 44b that communicates with the drainage groove 44a and penetrates the separator 18. Have. However, the drainage communication hole 44 may include only the drainage through hole 44b without the drainage groove 44a. In this case, the drainage through hole 44b is opened to the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42. To do.

排水用溝４４ａは、リブ４２の拡散層押圧面４２ａの幅方向中央部（幅方向の真中位置にあってもよいし、真中から外れた位置にあってもよい）に形成されており、リブ４２の長手方向に延びている。排水用溝４４ａの幅は、排水用溝４４ａが形成されている部位のリブ４２の拡散層押圧面４２ａで押されている部位の拡散層１３、１６中に滞留する水分を毛管現象と圧力とで排水用溝４４ａに出すことができる程度であることが望ましい。 The drainage groove 44a is formed at the center in the width direction of the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42 (may be at the middle position in the width direction or at a position away from the middle). 42 extends in the longitudinal direction. The width of the drainage groove 44a is such that the water staying in the diffusion layers 13 and 16 at the portion pressed by the diffusion layer pressing surface 42a of the rib 42 at the portion where the drainage groove 44a is formed is capillarity and pressure. It is desirable that it can be discharged into the drainage groove 44a.

排水用貫通孔４４ｂは、セパレータ１８の表面４０側から裏面４１側にわたって貫通して延びている。排水用貫通孔４４ｂの一端は、排水用溝４４ａ（たとえば、排水用溝４４ａの底面、ただし、排水用溝４４ａの底面以外でもよい）に開口し、排水用貫通孔４４ｂの他端は、セパレータ１８の裏面４１に、たとえば、セパレータ１８の裏面４１に形成された排水用流路４５または冷却水流路２６に、開口している。排水用流路４５は冷却水流路２６とは独立に形成された流路（冷却水流路２６に連通していない流路）である。 The drainage through-hole 44b extends through the separator 18 from the front surface 40 side to the rear surface 41 side. One end of the drainage through hole 44b opens into a drainage groove 44a (for example, the bottom surface of the drainage groove 44a, but may be other than the bottom surface of the drainage groove 44a), and the other end of the drainage through hole 44b is a separator. For example, the drainage flow path 45 or the cooling water flow path 26 formed on the back surface 41 of the separator 18 is opened. The drainage channel 45 is a channel formed independently of the cooling water channel 26 (a channel not communicating with the cooling water channel 26).

つぎに、本発明の全実施例に共通する、または類似する燃料電池用セパレータの作用・効果を説明する。
燃料電池１０の発電中、カソード１７では水が生成される。酸化ガス入口近傍では、酸化ガス中の水蒸気圧が飽和に達していないため、生成水は主に気体として酸化ガスとともに持ち去られる。しかし、下流に近づくにつれ酸化ガスの水蒸気圧が高くなり、やがて飽和に達し、生成水は液体となる。
この時、酸化ガス流路２８に出てきた生成水は酸化ガスの流れにより出口側酸化ガスマニホールド３１ｂ方向に持ち去られる。一方、リブ４２の下に発生し滞留しようとする水は、排水用連通孔４４を通りセパレータ裏面４１に設けられた排水用流路４５または冷却水流路２６に排水される。 Next, the operation and effect of the fuel cell separator common to or similar to all the embodiments of the present invention will be described.
During the power generation of the fuel cell 10, water is generated at the cathode 17. In the vicinity of the oxidant gas inlet, the water vapor pressure in the oxidant gas has not reached saturation, so that the produced water is mainly taken away with the oxidant gas as a gas. However, as it approaches the downstream, the water vapor pressure of the oxidizing gas increases, eventually reaching saturation, and the product water becomes liquid.
At this time, the generated water that has come out to the oxidizing gas flow path 28 is taken away in the direction of the outlet side oxidizing gas manifold 31b by the flow of the oxidizing gas. On the other hand, the water generated and staying under the rib 42 passes through the drain communication hole 44 and is drained to the drain channel 45 or the cooling water channel 26 provided on the separator back surface 41.

より詳しくは、セパレータ１８が、ガス流路の下流側部のリブ４２部分に、リブの拡散層押圧面４２ａに開口する排水用溝４４ａと排水用溝４４ａに連通しセパレータを貫通する排水用貫通孔４４ｂとからなる排水用連通孔４４とを有するので、拡散層のうちリブ下部分（リブで押される部分）に滞留する生成水は、排水用溝４４ａの毛管現象および排水用溝４４ａと排水用流路４５（または冷却水流路２６）との圧力差（排水用溝４４ａ側の圧力の方が排水用流路４５または冷却水流路２６の圧力より高い）により、排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂを通って裏面４１に抜けて、生成水出口４６または冷却水流路２６に排出される。 More specifically, the separator 18 communicates with the drain groove 44a that opens to the diffusion layer pressing surface 42a of the rib and the drain groove 44a in the rib 42 portion on the downstream side of the gas flow path and penetrates the separator. Since the drainage communication hole 44 including the hole 44b is provided, the generated water staying in the lower part of the diffusion layer (the part pushed by the rib) of the diffusion layer is subjected to the capillarity of the drainage groove 44a and the drainage groove 44a. The drainage groove 44a and the drainage channel are caused by a pressure difference from the drainage channel 45 (or the cooling water channel 26) (the pressure on the drainage channel 44a side is higher than the pressure of the drainage channel 45 or the cooling water channel 26). It passes through the through-hole 44b to the back surface 41 and is discharged to the generated water outlet 46 or the cooling water channel 26.

その結果、ガス流路（酸化ガス流路２８、または燃料ガス流路２７、または酸化ガス流路２８と燃料ガス流路２７の両方のガス流路２８および２７）の下流側部でフラッディング（水分過多）が起こらないか、または起こりにくくなる。
また、生成水を排水するのに、セパレータを多孔質体とせずに、排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとを有する排水用連通孔４４を通して水を抜くようにしたので、カソードセパレータを多孔質体で形成しかつ孔径を変化させた従来の場合に比べてコストがかからない。 As a result, flooding (moisture content) occurs in the downstream side of the gas flow path (oxidation gas flow path 28, fuel gas flow path 27, or gas flow paths 28 and 27 of both oxidation gas flow path 28 and fuel gas flow path 27). Excessive) does not occur or becomes difficult to occur.
Further, since the generated water is drained, the cathode separator is made porous because the separator is not made porous and water is drained through drainage communication holes 44 having drainage grooves 44a and drainage through holes 44b. Compared to the conventional case in which the material is formed of a solid material and the pore diameter is changed, the cost is low.

つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
〔実施例１〕−−−図１〜図４、図１３
本発明の実施例１では、セパレータ１８の裏面４１側に排水用流路４５が形成されている。排水用流路４５は冷却水流路２６とは独立の流路である。排水用流路４５はセパレータ１８に形成された生成水出口４６に連通している。生成水出口４６は出口側冷却水マニホールド２９ｂとは別の出口である。
排水用連通孔４４は、排水用流路４５に連通しており、排水用貫通孔４４ｂは排水用溝４４ａと排水用流路４５とを連通している。排水用流路４５は、排水用連通孔４４と生成水出口４６とを連通し、排水用連通孔４４から排出された生成水を生成水出口４６に導く。
１組のセパレータでＭＥＡを挟んでモジュールを構成し、モジュールを積層すると図１３に示すようなスタック２３となる。このスタック２３の各マニホールドにガス、冷却水、排水用の配管を接続し、スタック両端を負荷と接続し、アノード、カソードに水素、空気を供給すると、燃料電池１０は発電し始める。その時、生成水が生じる。ここで、生成水出口４６がスタック２３の下端部に位置するようにする。これは、生成水が重力で生成水出口４６に向かって流れるようにするためである。 Next, configurations, operations, and effects unique to each embodiment of the present invention will be described.
[Embodiment 1] FIGS. 1-4, FIG.
In the first embodiment of the present invention, the drainage channel 45 is formed on the back surface 41 side of the separator 18. The drainage channel 45 is a channel independent of the cooling water channel 26. The drainage flow channel 45 communicates with the generated water outlet 46 formed in the separator 18. The product water outlet 46 is an outlet different from the outlet side cooling water manifold 29b.
The drainage communication hole 44 communicates with the drainage flow path 45, and the drainage through hole 44 b communicates the drainage groove 44 a with the drainage flow path 45. The drainage channel 45 communicates the drainage communication hole 44 and the generated water outlet 46, and guides the generated water discharged from the drainage communication hole 44 to the generated water outlet 46.
When a module is configured by sandwiching the MEA with a pair of separators and the modules are stacked, a stack 23 as shown in FIG. 13 is obtained. When the gas, cooling water, and drain pipes are connected to each manifold of the stack 23, both ends of the stack are connected to a load, and hydrogen and air are supplied to the anode and cathode, the fuel cell 10 starts to generate power. At that time, produced water is produced. Here, the generated water outlet 46 is positioned at the lower end of the stack 23. This is for the generated water to flow toward the generated water outlet 46 by gravity.

本発明の実施例１の作用・効果については、セパレータ１８は裏面４１側に形成された排水用流路４５を有しており、排水用流路４５はセパレータに形成された生成水出口４６に連通しており、排水用連通孔４４は、排水用流路４５に連通しているので、排水用溝４４ａに入った生成水はガス（酸化ガスまたは燃料ガス）とともに排水用貫通孔４４ｂから排水用流路４５を通って生成水出口４６に排出される。排水用流路４５は冷却水流路２６とは別の流路であり、生成水は冷却水と混じり合わない。 Regarding the operation and effect of the first embodiment of the present invention, the separator 18 has a drainage channel 45 formed on the back surface 41 side, and the drainage channel 45 is connected to the generated water outlet 46 formed in the separator. Since the drainage communication hole 44 communicates with the drainage flow path 45, the generated water entering the drainage groove 44a is drained from the drainage through hole 44b together with gas (oxidizing gas or fuel gas). It is discharged to the product water outlet 46 through the use channel 45. The drainage channel 45 is a channel different from the cooling water channel 26, and the generated water does not mix with the cooling water.

〔実施例２〕−−−図５〜図８、図１３
本発明の実施例２では、カソード側セパレータ１８ｂのみに、排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとからなる排水用連通孔４４（、排水用流路４５、ただし、排水用流路４５でなく冷却水流路２６であってもよい）が形成されている。アノード側セパレータ１８ａには排水用溝４４ａ、排水用貫通孔４４ｂは形成されていない。スタック２３を形成した時には、カソード側セパレータ１８ｂの排水用流路４５は、アノード側セパレータ１８ａの裏面４１の冷却水流路２６が形成されていない部分（図８の生成水出口４６の上方の部分）によって、覆われ塞がれる。 Example 2 FIGS. 5 to 8 and 13
In the second embodiment of the present invention, the drainage communication hole 44 (including the drainage flow path 45, but not the drainage flow path 45, which includes the drainage groove 44a and the drainage through hole 44b, only in the cathode side separator 18b. The cooling water channel 26 may be formed). The anode separator 18a is not formed with drainage grooves 44a and drainage through holes 44b. When the stack 23 is formed, the drainage flow path 45 of the cathode side separator 18b is a part where the cooling water flow path 26 is not formed on the back surface 41 of the anode side separator 18a (the part above the product water outlet 46 in FIG. 8). Is covered and closed.

本発明の実施例２の作用・効果については、カソード側セパレータ１８ｂに排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとからなる排水用連通孔４４を形成したので、カソード１７側で生成される生成水を効果的に排水することができる。水分はカソード側で生成されるので、カソード側でフラッディングを生じやすいが、排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂをカソード側セパレータ１８ｂに設けることによって、カソード側で生じやすいフラッディングを効果的に抑制できる。 With regard to the operation and effect of the second embodiment of the present invention, since the drainage communication hole 44 including the drainage groove 44a and the drainage through hole 44b is formed in the cathode side separator 18b, the generated water generated on the cathode 17 side is formed. Can be effectively drained. Since moisture is generated on the cathode side, flooding is likely to occur on the cathode side, but by providing drainage grooves 44a and drainage through holes 44b in the cathode side separator 18b, flooding that tends to occur on the cathode side is effectively suppressed. it can.

〔実施例３〕−−−図９〜図１３
本発明の実施例３では、アノード側セパレータ１８ａに、排水用溝４３、排水用連通孔４４、排水用流路４５（ただし、排水用流路４５でなく冷却水流路２６であってもよい）が形成されている。カソード側セパレータ１８ｂには排水用溝４３、排水用連通孔４４が形成されていてもよいし、あるいは形成されていなくてもよい。図９〜図１２は、アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｂの両方に、排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとからなる排水用連通孔４４、排水用流路４５が形成されている場合を示している。カソード側の生成水は一部が電解質膜１１を透過してアノード側に移行するので、かつ、燃料ガスが加湿されて供給されるので、燃料ガス流路２７も飽和蒸気圧を越える場合があり、その場合は、過剰湿潤状態を起こすおそれがある。実施例３はそのような場合の対策である。
アノード側セパレータ１８ａの排水用流路４５とカソード側セパレータ１８ｂの排水用流路４５とが正面視で位置的に合致すると、水素とエアが混じり合うので、それを避けるために、図１２に示すように、一つの燃料電池１０のアノード側セパレータ１８ａの排水用連通孔４４（または排水用流路４５）と、それに隣接するもう一つの燃料電池１０のカソード側セパレータ１８ｂの排水用連通孔４４（または排水用流路４５）とは、隔離板４７によって互いに遮断されている。スタック２３を形成した時には、カソード側セパレータ１８ｂの排水用流路４５は、隔離板４７によって覆われ、アノード側セパレータ１８ｂの排水用流路４５は、隔離板４７によって覆われる。隔離板４７は、一つの燃料電池１０のアノード側セパレータ１８ａと、それに隣接するもう一つの燃料電池１０のカソード側セパレータ１８ｂとの間に、各セパレータの排水用連通孔４４、排水用流路４５に対応する位置に、配置されている。また、図９〜図１２に示すように、アノード側セパレータ１８ａの排水用流路４５と連通するアノード生成水出口４６ａと、カソード側セパレータ１８ｂの排水用流路４５と連通するカソード生成水出口４６ｂとは、互いに別々であり、互いに連通しない。 [Example 3] FIGS. 9 to 13
In Example 3 of the present invention, the drain separator 43, the drain communication hole 44, the drain passage 45 (not the drain passage 45 but the cooling water passage 26 may be provided) on the anode side separator 18a. Is formed. The cathode separator 18b may or may not have a drainage groove 43 and a drainage communication hole 44 formed therein. 9 to 12 show a case where a drainage communication hole 44 and a drainage flow channel 45 including drainage grooves 44a and drainage through holes 44b are formed in both the anode side separator 18a and the cathode side separator 18b. Is shown. Part of the generated water on the cathode side passes through the electrolyte membrane 11 and moves to the anode side, and since the fuel gas is humidified and supplied, the fuel gas passage 27 may also exceed the saturated vapor pressure. In that case, there is a risk of overwetting. Example 3 is a countermeasure for such a case.
When the drainage flow path 45 of the anode side separator 18a and the drainage flow path 45 of the cathode side separator 18b are positioned in a frontal position, hydrogen and air are mixed together. As described above, the drainage communication hole 44 (or drainage channel 45) of the anode side separator 18a of one fuel cell 10 and the drainage communication hole 44 of the cathode side separator 18b of another fuel cell 10 adjacent thereto ( Alternatively, the drainage channel 45) is blocked from each other by the separator 47. When the stack 23 is formed, the drainage channel 45 of the cathode separator 18 b is covered with the separator 47, and the drainage channel 45 of the anode separator 18 b is covered with the separator 47. The separator 47 is disposed between the anode-side separator 18a of one fuel cell 10 and the cathode-side separator 18b of another fuel cell 10 adjacent to the separator-side communication hole 44 and drainage flow path 45 of each separator. It is arranged at a position corresponding to. Further, as shown in FIGS. 9 to 12, the anode generation water outlet 46a communicating with the drainage flow path 45 of the anode side separator 18a and the cathode generation water outlet 46b communicating with the drainage flow path 45 of the cathode side separator 18b. Are separate from each other and do not communicate with each other.

本発明の実施例３の作用・効果については、アノード側セパレータ１８ａに排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとを有する排水用連通孔４４を形成したので、アノード１４側の水分（カソード側の生成水が膜１１を透過してアノード側に移行した水分と供給燃料ガスの加湿水分との和）を効果的に排水することができ、アノード側でのフラッディングを効果的に抑制できる。
また、カソード側セパレータ１８ｂに排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとを有する排水用連通孔４４を形成するとともに、アノード側セパレータ１８ａに排水用溝４４ａと排水用貫通孔４４ｂとを有する排水用連通孔４４を形成した場合は、カソード側で生成される生成水とアノード側で生成される生成水を効果的に排水することができる。
また、一つの燃料電池１０のアノード側セパレータ１８ａの排水用連通孔４４と、それに隣接する燃料電池１０のカソード側セパレータ１８ｂの排水用連通孔４４とは、隔離板４７によって互いに遮断されているので、アノード側セパレータ１８ａの排水用連通孔４４を通して水分と共に排出された水素と、カソード側セパレータ１８ｂの排水用連通孔４４を通して水分と共に排出された空気とが、混合することが隔離板４７によって防止され、水素を回収して再び燃料電池１０に供給することが可能になる。 With respect to the operation and effect of the third embodiment of the present invention, since the drainage communication hole 44 having the drainage groove 44a and the drainage through hole 44b is formed in the anode side separator 18a, moisture on the anode 14 side (cathode side The generated water permeates the membrane 11 and moves to the anode side and the humidified moisture of the supplied fuel gas) can be effectively drained, and flooding on the anode side can be effectively suppressed.
Further, drainage communication holes 44 having drainage grooves 44a and drainage through holes 44b are formed in the cathode side separator 18b, and drainage grooves 44a and drainage through holes 44b are formed in the anode side separator 18a. When the communication hole 44 is formed, the generated water generated on the cathode side and the generated water generated on the anode side can be effectively drained.
Also, the drainage communication hole 44 of the anode side separator 18a of one fuel cell 10 and the drainage communication hole 44 of the cathode side separator 18b of the fuel cell 10 adjacent thereto are blocked from each other by the separator plate 47. The separator 47 prevents the hydrogen discharged together with moisture through the drainage communication hole 44 of the anode side separator 18a from mixing with the air discharged together with moisture through the drainage communication hole 44 of the cathode side separator 18b. The hydrogen can be recovered and supplied to the fuel cell 10 again.

〔実施例４〕−−−図１４、図１５
本発明の実施例４では、セパレータ１８は裏面４１側に形成された冷却水流路２６を有しており（実施例１〜３では排水用流路４５が形成されていた部位も、実施例４では冷却水流路２６が形成されており、実施例４では排水用流路４５は形成されていない）、排水用連通孔４４は冷却水流路２６に連通しており、排水用貫通孔４４ｂは排水用溝４４ａと冷却水流路２６とを連通している。
また、ガス流路２７、２８を流れるガスの圧力を冷却水流路２６を流れる冷却水の圧力より大としてある。 Example 4 FIGS. 14 and 15
In the fourth embodiment of the present invention, the separator 18 has the cooling water flow path 26 formed on the back surface 41 side (in the first to third embodiments, the portion where the drainage flow path 45 is formed is also the fourth embodiment). In Example 4, the drainage channel 45 is not formed), the drainage communication hole 44 communicates with the coolant channel 26, and the drainage through hole 44b drains. The groove 44a communicates with the cooling water passage 26.
Further, the pressure of the gas flowing through the gas flow paths 27 and 28 is set larger than the pressure of the cooling water flowing through the cooling water flow path 26.

本発明の実施例４の作用・効果については、排水用連通孔４４は冷却水流路２６に連通しており、排水用貫通孔４４ｂは排水用溝４４ａと冷却水流路２６とを連通しているので、排水用溝４４ａに入った生成水は排水用貫通孔４４（の排水用貫通孔４４ｂの部分）を通して冷却水流路２６に排出される。この場合は、排水用連通孔４４を通して排出された生成水は冷却水と混じり合う。
また、ガス流路２７、２８を流れるガスの圧力を冷却水流路２６を流れる冷却水の圧力より大としたので、冷却水が排水用連通孔４４を通して冷却水流路２６からガス流路２７、２８へ逆流することを防止することができる。 Regarding the operation and effect of the fourth embodiment of the present invention, the drainage communication hole 44 communicates with the cooling water flow path 26, and the drainage through hole 44b communicates the drainage groove 44a with the cooling water flow path 26. Therefore, the generated water that has entered the drainage groove 44a is discharged to the cooling water passage 26 through the drainage through hole 44 (portion of the drainage through hole 44b). In this case, the generated water discharged through the drainage communication hole 44 is mixed with the cooling water.
Further, since the pressure of the gas flowing through the gas flow paths 27 and 28 is made larger than the pressure of the cooling water flowing through the cooling water flow path 26, the cooling water passes from the cooling water flow path 26 to the gas flow paths 27 and 28 through the drain communication holes 44. It is possible to prevent backflow.

本発明の実施例１の燃料電池のＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the fuel cell of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例１の燃料電池の冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the fuel cell of Example 1 of the present invention. 図１のＡ部の拡大正面図である。It is an enlarged front view of the A section of FIG. 図３のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 本発明の実施例２の燃料電池のカソード側セパレータのＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２の燃料電池のカソード側セパレータの冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２の燃料電池のアノード側セパレータのＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the anode side separator of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２の燃料電池のアノード側セパレータの冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the anode side separator of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例３の燃料電池のカソード側セパレータのＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例３の燃料電池のカソード側セパレータの冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例３の燃料電池のアノード側セパレータのＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the anode side separator of the fuel cell of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例３の燃料電池のアノード側セパレータの冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the anode side separator of the fuel cell of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例１〜３の燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックのセル積層体の斜視図である。It is a perspective view of the cell laminated body of the fuel cell stack incorporating the fuel cell of Examples 1-3 of the present invention. 本発明の実施例４の燃料電池のカソード側セパレータのＭＥＡ側正面図である。It is a MEA side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 4 of the present invention. 本発明の実施例４の燃料電池のカソード側セパレータの冷却水側正面図である。It is a cooling water side front view of the cathode side separator of the fuel cell of Example 4 of the present invention. 本発明の実施例１〜４の燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックの側面図である。It is a side view of the fuel cell stack incorporating the fuel cells of Examples 1 to 4 of the present invention. 本発明の実施例１〜４の燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックの一部の拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of the fuel cell stack incorporating the fuel cell of Examples 1-4 of the present invention.

Explanation of symbols

１０燃料電池
１１電解質膜
１３アノード側拡散層
１４アノード
１６カソード側拡散層
１７カソード
１８燃料電池セパレータ
１８ａアノード側セパレータ
１８ｂカソード側セパレータ
１９膜・電極接合体（ＭＥＡ）
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３燃料電池スタック
２４締結部材（たとえば、テンションプレート）
２５ボルト・ナット
２６冷却水流路
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
２９冷却水マニホールド
２９ａ入側の冷却水マニホールド
２９ｂ出側の冷却水マニホールド
３０燃料ガスマニホールド
３０ａ入側の燃料ガスマニホールド
３０ｂ出側の燃料ガスマニホールド
３１酸化ガスマニホールド
３１ａ入側の酸化ガスマニホールド
３１ｂ出側の酸化ガスマニホールド
３２ガスケット
３３接着剤
４０第１の面
４１第２の面
４２リブ
４２ａ拡散層押圧面（拡散層と接触する面）
４４排水用連通孔
４４ａ排水用溝
４４ｂ排水用貫通孔
４５排水用流路
４６生成水出口
４６ａアノード生成水出口
４６ｂカソード生成水出口
４７隔離板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 11 Electrolyte membrane 13 Anode side diffusion layer 14 Anode 16 Cathode side diffusion layer 17 Cathode 18 Fuel cell separator 18a Anode side separator 18b Cathode side separator 19 Membrane / electrode assembly (MEA)
20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Fuel cell stack 24 Fastening member (for example, tension plate)
25 Bolt / Nut 26 Cooling Water Channel 27 Fuel Gas Channel 28 Oxidizing Gas Channel 29 Cooling Water Manifold 29a Inlet Cooling Water Manifold 29b Outlet Cooling Water Manifold 30 Fuel Gas Manifold 30a Inlet Fuel Gas Manifold 30b Outlet Fuel gas manifold 31 Oxidizing gas manifold 31a Inlet oxidizing gas manifold 31b Outlet oxidizing gas manifold 32 Gasket 33 Adhesive 40 First surface 41 Second surface 42 Rib 42a Diffusion layer pressing surface (in contact with diffusion layer) surface)
44 Drain communication hole 44a Drain groove 44b Drain through hole 45 Drain passage 46 Generated water outlet 46a Anode generated water outlet 46b Cathode generated water outlet 47 Separator

Claims

A first surface that is a surface facing the membrane / electrode assembly including an electrolyte membrane, an electrode, and a diffusion layer; a second surface that is a surface opposite to the first surface; A fuel cell comprising a separator formed on one surface side and having a rib whose top surface is in contact with the diffusion layer, and a gas flow path formed by the rib on the first surface side of the separator, In the rib portion located on the downstream side of the gas flow path, there is provided a drainage communication hole that opens in the contact surface of the diffusion layer of the rib and penetrates the separator in the direction connecting the first surface and the second surface. Having fuel cell.

The separator has a drainage channel formed on the second surface side, the drainage channel communicates with a generated water outlet formed in the separator, and the drainage communication hole includes: The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell communicates with the drainage channel.

The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the separator is a cathode-side separator disposed on the cathode side of the membrane-electrode assembly.

The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is an anode-side separator disposed on the anode side of the membrane-electrode assembly.

The separator includes a cathode-side separator disposed on the cathode side of the membrane-electrode assembly, and an anode-side separator disposed on the anode side of the membrane-electrode assembly, and the anode-side separator of one fuel cell The drainage communication hole and the drainage communication hole of the cathode separator of the fuel cell adjacent to the one fuel cell are the anode side separator of one fuel cell and the fuel cell adjacent to the one fuel cell. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cells are shielded from each other by a separator disposed between the cathode separator and the separator.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator has a cooling water passage formed on the second surface side, and the drainage communication hole communicates with the cooling water passage.

The fuel cell according to claim 6, wherein the pressure of the gas flowing through the gas flow path is greater than the pressure of the cooling water flowing through the cooling water flow path.