JP2007165257A - 燃料電池のセパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セパレータ20の面に形成された隣接する凸部21aと凹部21bとで形成される筋状の流路と、流体流路10に導入される流体をこれら流体流路10に分配する分配流路12とを備えた構造の燃料電池のセパレータ20に対し、線状流体流路10と分配流路12との境界部において、流体流路10を構成する凸部21aの末端の位置と凹部21bの末端の位置とを当該流体流路10の筋方向にずれた構造とする。
【選択図】図2
Description
まず、図1に、ストレート型のガス流路10が形成されたセパレータ20を示す。このセパレータ20の端部には、上述したように各種流体(酸化ガス、燃料ガス、冷却水)の入口側のマニホールド15a,16a,17aおよび出口側のマニホールド15b,16b,17bが設けられている。また、ガス流路10の両端部には、ガスを各ガス流路10に分配するための分配流路12が形成されている(図1、図2参照)。なお、ガス流路10を流れ出たガスが合流する部分についても本実施形態では分配流路12と呼んでいる。すなわち、この場合における分配流路12は実質的にガスの分配を行うものではないが対称的な構造となっているものであり、ガスをいずれの方向にも流しうるものなので本実施形態では便宜的に両部位とも「分配流路」と称している。
[数1]
H1>H2
を満たすようにしている(図3参照)。つまり、図3等に示すセパレータ20においては、ガス側突出高さH1のほうが冷却水側突出高さH2よりも高い構造となっている。こうした場合、線状流路と分配流路12との境界部分における差圧を抑えて圧損をさらに低減することが可能になるという点で好ましい。
[数2]
SAX1>3・t0
つまり、SAX1の大きさ(長さ)がセパレータ20の板厚t0の3倍値よりも大きくなるように設定し、板厚t0のセパレータ20において所定長さ(あるいは所定面積)以上のガス導入部13aが確保されるようにしている。こうした場合に、線状流路と分配流路12との境界部分における圧損をある程度以下にまで低減させることが可能になるという点で有効である。加えて、MEA30の挟持間寸法の狭小化、別の表現をすればセパレータ20の全体厚みH0を小さくして薄くする場合において、SAX1を上述のように設定することは、圧損を低減させつつセパレータ20の狭小化を図るうえでも有効となる。
[数3]
A2/A1>0.4
[数4]
A3>A2
の関係を満たす構造とすることが好ましい。こうした場合、同様に、線状流路と分配流路12との境界部分における圧損をある程度以下にまで低減させることが可能になる。なお、この場合において、凹溝21bの全長L2が凸リブ21aの全長L1よりも長くなっている(L2>L1)であることは上述の場合と同じである。
図5に、冷却水を分配流路12から線状流路へと導入する場合の圧損を低減させるための構造の一例を示す。このセパレータ20は、図3に示したものとは逆にL1>L2、つまり、凸リブ21aの全長がL1であるのに対し、凹溝21bの全長はこれよりも短いL2となっており、凸リブ21aの末端のほうが凹溝21bの末端よりも分配流路12側に位置している構造となっている(図5参照)。ここで、凸リブ21aおよび凹溝21bはそれぞれ中心線を基準として左右対称に形成されているため、結局、本実施形態のセパレータ20の一端部における凸リブ21aは凹溝21bよりもSBX1=(L1−L2)/2だけ長く形成されていることになる(図5参照)。
[数5]
H1>H2
を満たすようにしている(図5参照)。つまり、図5に示すセパレータ20においては、ガス側突出高さH1のほうが冷却水側突出高さH2よりも高くなっており、これにより、線状流路と分配流路12との境界部分における差圧を抑えて圧損をさらに低減できるようにしている。
[数6]
A5/A4>0.2
[数7]
A6>A5
の関係を満たす構造とすることが好ましい。こうした場合、同様に、冷却水の線状流路(冷却水流路36)と分配流路12との境界部分における圧損をある程度以下にまで低減させることが可能になる。なお、この場合において、凸リブ21aの全長L1が凹溝21bの全長L2よりも長くなっている(L1>L2)であることは上述の場合と同じである。
続いて、本発明をサーペンタイン型の流路を有するセパレータ20に適用した場合について説明する(図6、図7参照)。
ここまで、サーペンタイン型のセパレータ20においてガス(水素ガスあるいは燃料ガス)の導入部13aまたはガス排出部13bを形成する場合の態様を示したが、同じサーペンタイン型のセパレータ20において、冷却水の導入部14a等を形成することもできる。つまり、例えば上述した第2の実施形態と同様、凸リブ21aの全長がL1であるのに対して凹溝21bの全長をこれよりも短いL2とし、凸リブ21aの末端のほうが凹溝21bの末端よりも分配流路12側に位置している構造とすることができる(図8、図9参照)。このようなセパレータ20は、ガス流路10のある側からみると広い導入領域を有するガス導入部13aは形成されていないものの(図9等参照)、ガス流路10の裏の面、つまり冷却水流路36側の面からみると、逆の構造になっているという利点を挙げることができる。すなわち、冷却水側においては上述の実施形態にて説明したガス導入部13aと同様の冷却水導入部(例えば図5中では符号14aで示している)が形成されている。したがって、このような構造のセパレータ20によれば、冷却水側の線状流路と分配流路12との境界部分における差圧を抑え、圧損を低減することが可能となる
Claims (6)
- 反応ガスまたは冷却水を流通させるための流体流路を備えた燃料電池のセパレータにおいて、
前記流体流路は当該セパレータの面に形成された隣接する凸部と凹部とで形成される筋状の流路であるとともに、前記流体流路に導入される流体をこれら流体流路に分配する分配流路を備え、前記流体流路を構成する前記凸部の末端の位置と前記凹部の末端の位置とが当該流体流路の筋方向にずれていることを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 前記凹部の末端のほうが前記凸部の末端よりも前記分配流路側に位置していることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池のセパレータ。
- 表裏一体型の構造であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池のセパレータ。
- 前記分配流路に複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池のセパレータ。
- 前記分配流路は、前記流体の折り返し部、導入部、排出部のいずれかであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池のセパレータ。
- 金属セパレータであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池のセパレータ。
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