JP2009277390A - Flow passage plate for fuel cell, and fuel cell using the same - Google Patents

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Masahiro Yoshikawa
将洋 吉川
Hiroshi Morita
寛 森田
Yoshihiro Mugikura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow passage plate for fuel cell which can be constituted at a low cost, and to provide the fuel cell which uses the plates. <P>SOLUTION: A single cell 1 in which an anode 3 and a cathode 4 are respectively jointed on both faces of an electrolyte plate 2 is installed, corrugated fins 20 in which a plurality of folded parts 21 are arranged and formed continuously in a wave form are juxtaposed in a plurality of rows, in a direction perpendicular to an alignment direction of the folded parts 21, and the respective corrugated fins 20 are arranged so that the folded part 21 of the one corrugated fins 20 from among the corrugated fins 20 neighboring in the perpendicular direction is positioned shifted, with respect to the folded part 21 of the other corrugated fin 20. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池の流路板及びこれを用いた燃料電池に関し、特に燃料電池の流路板及びこれを用いた燃料電池を低コストで製造する場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a fuel cell channel plate and a fuel cell using the same, and is particularly useful when applied to a fuel cell channel plate and a fuel cell using the same at low cost.

燃料電池として、溶融炭酸塩形燃料電池（以下、ＭＣＦＣと称す。）が知られている。ＭＣＦＣは、例えば多孔質ニッケル板で形成した電極である燃料極（アノード）と、例えば多孔質酸化ニッケル板で形成した空気極（カソード）との間に、電解質（炭酸塩）を挟んで構成した単セルを備えている。さらに、アノードには、集電板及びアノード側流路板が順次設けられ、外部の燃料ガス源からアノード側流路板を経由してアノードに燃料ガスが供給されるようになっている。同様に、カソードにも、集電板及びカソード側流路板が順次設けられ、外部の酸化ガス（Ｏ２）源からカソード側流路板を経由してカソードに酸化ガスが供給されるようになっている。 As a fuel cell, a molten carbonate fuel cell (hereinafter referred to as MCFC) is known. The MCFC is configured by sandwiching an electrolyte (carbonate) between a fuel electrode (anode) that is an electrode formed of, for example, a porous nickel plate and an air electrode (cathode) formed of, for example, a porous nickel oxide plate. It has a single cell. Further, a current collector plate and an anode side flow plate are sequentially provided on the anode, and fuel gas is supplied from an external fuel gas source to the anode via the anode side flow plate. Similarly, the cathode is also provided with a current collector plate and a cathode-side channel plate in order so that an oxidizing gas is supplied to the cathode from an external oxidizing gas (O 2 ) source via the cathode-side channel plate. It has become.

そして、例えば天然ガス等の燃料ガスに含まれる水素（Ｈ２）がアノードに供給され、空気（Ｏ２）がカソードに供給されると、Ｈ２とＯ２の電気化学反応により発電が行われる。ＭＣＦＣは高温で作動するため高効率であり、また、同時にＣＯ２を回収分離できるため環境への影響が少ない等の特徴を有している。このため、近年は、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目されてきている。なお、かかるＭＣＦＣを開示する公知技術として特許文献１が存在する。 For example, when hydrogen (H 2 ) contained in a fuel gas such as natural gas is supplied to the anode and air (O 2 ) is supplied to the cathode, power generation is performed by an electrochemical reaction between H 2 and O 2. . MCFC has high efficiency because it operates at a high temperature, and at the same time, CO 2 can be recovered and separated. For this reason, in recent years, it has attracted attention as a power generation system following hydropower, thermal power, and nuclear power. Patent Document 1 exists as a known technique for disclosing such MCFC.

このような燃料電池に用いられる流路板としては、金属板を波状にプレス加工し、複数の孔を設けたものがある（例えば、特許文献２）。このような流路板は、その波の進行方向に対して垂直に燃料ガスや酸化ガスが供給されるように燃料電池に固定されて用いられ、燃料ガスや酸化ガスが流路板のどちらの面側を流通しようとも、孔を介してアノード又はカソードに導かれるようになっている。   As a flow path plate used in such a fuel cell, there is one in which a metal plate is pressed into a wave shape and provided with a plurality of holes (for example, Patent Document 2). Such a flow path plate is used by being fixed to the fuel cell so that the fuel gas and the oxidation gas are supplied perpendicular to the traveling direction of the wave. Even if it flows through the surface side, it is led to the anode or the cathode through the hole.

しかしながら、このような流路板は、例えばステンレス鋼を打ち抜いて形成されているため、打ち抜かれた分だけ無駄が生じてしまう。したがって、ＭＣＦＣの実用化・事業化に際しては、このような無駄を省いて一層の低コスト化を図る必要がある。   However, since such a flow path plate is formed by punching stainless steel, for example, waste is generated by the amount punched. Therefore, when commercializing and commercializing MCFC, it is necessary to further reduce the cost by eliminating such waste.

なお、このような問題は、ＭＣＦＣのみならず、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）など他の燃料電池にも存在する。   Such a problem exists not only in the MCFC but also in other fuel cells such as a solid oxide fuel cell (SOFC).

特開２０００−０３０７２２号公報JP 2000-030722 A 特開平５−２９００９号公報JP-A-5-29909

本発明は、上記従来技術に鑑み、低コストで構成し得る燃料電池の流路板及びこれを用いた燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell flow path plate and a fuel cell using the same, which can be configured at low cost in view of the above-described prior art.

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、電解質板の両面にアノード及びカソードがそれぞれ接合されて構成された単セルに接合される燃料電池の流路板であって、複数の折曲部を波状に連続的に並べて形成した波形フィンが、前記折曲部の並び方向とは垂直方向に複数列並設され、前記垂直方向で隣接する波形フィンのうち一方の波形フィンの折曲部が他方の波形フィンの折曲部に対してずれて位置するように各波形フィンが配置されていることを特徴とする燃料電池の流路板にある。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a flow path plate for a fuel cell that is joined to a single cell formed by joining an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte plate, respectively. Corrugated fins formed by continuously arranging bent portions in a wavy shape are arranged in a plurality of rows in a direction perpendicular to the arrangement direction of the bent portions, and one of the corrugated fins adjacent in the vertical direction is folded. Each corrugated fin is arranged so that the bent portion is shifted from the bent portion of the other corrugated fin.

かかる第１の態様では、燃料ガス及び酸化ガスがこれらの流路板のどちらの面を流通しようとも、万遍なくアノード及びカソードに導くことができる。すなわち、従来の流路板においては、これらのガスを万遍なくアノード及びカソードに接触させるべく孔を設けていたが、本発明に係る流路板ではこのような孔を設ける必要がない。このため、流路板に孔を設けるために打ち抜かれる分だけ流路板のコストを低減することができる。   In the first aspect, the fuel gas and the oxidizing gas can be uniformly led to the anode and the cathode regardless of which side of the flow path plates are circulated. That is, in the conventional flow path plate, holes are provided so that these gases can be uniformly contacted with the anode and the cathode. However, in the flow path plate according to the present invention, it is not necessary to provide such holes. For this reason, the cost of a flow-path board can be reduced by the part punched in order to provide a hole in a flow-path board.

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する燃料電池の流路板において、前記折曲部は、その折曲部の並ぶ方向の断面が凸形状となっていることを特徴とする燃料電池の流路板にある。   According to a second aspect of the present invention, in the flow path plate of the fuel cell according to the first aspect, the bent portion has a convex cross section in the direction in which the bent portions are arranged. It is in the flow path plate of the fuel cell.

かかる第２の態様では、アノード及びカソードに掛る圧力が均等に分散され、特定部分に圧力が集中してアノード及びカソードにクラックが生じることが防止される。   In the second aspect, the pressure applied to the anode and the cathode is evenly distributed, and it is prevented that the pressure concentrates on a specific portion and cracks are generated in the anode and the cathode.

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する燃料電池の流路板において、前記折曲部は、その折曲部の並ぶ方向の断面が半球状となっていることを特徴とする燃料電池の流路板にある。   According to a third aspect of the present invention, in the flow path plate of the fuel cell according to the first aspect, the bent portion has a hemispherical cross section in the direction in which the bent portions are arranged. It is in the flow path plate of the fuel cell.

かかる第３の態様では、折曲部の形状、間隔を調整し易いため、アノード及びカソードに接触する面積を自由度に設計することが容易である。   In the third aspect, since the shape and interval of the bent portions can be easily adjusted, it is easy to design the area in contact with the anode and the cathode with flexibility.

本発明の第４の態様は、電解質板の両面にアノード及びカソードがそれぞれ接合されて構成された単セルと、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池の流路板であって前記アノードに接合されたアノード側流路板及び前記カソードに接合されたカソード側流路板とから構成される燃料電池ユニットを備え、前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板は、前記波形フィンが並設された方向に燃料ガス及び酸化ガスが流通するように配設されていることを特徴とする燃料電池にある。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a single cell formed by bonding an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte plate, and a fuel cell flow path plate according to any one of the first to third aspects. A fuel cell unit comprising an anode-side channel plate joined to the anode and a cathode-side channel plate joined to the cathode, wherein the anode-side channel plate and the cathode-side channel plate are The fuel cell is characterized in that fuel gas and oxidant gas are circulated in a direction in which the corrugated fins are arranged in parallel.

かかる第４の態様では、カソードを集電しつつ、部品点数を減らしてコスト削減を図ることができる。   In the fourth aspect, it is possible to reduce the cost by collecting the cathode and reducing the number of parts.

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する燃料電池において、前記燃料電池ユニットを保持するアノードガスホルダ及びカソードガスホルダを具備し、前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板の端部は、前記アノードガスホルダ及び前記カソードガスホルダに当接していることを特徴とする燃料電池にある。   A fifth aspect of the present invention is the fuel cell according to the fourth aspect, comprising an anode gas holder and a cathode gas holder for holding the fuel cell unit, wherein the anode side channel plate and the cathode side channel plate The end portion is in the fuel cell, which is in contact with the anode gas holder and the cathode gas holder.

かかる第５の態様では、低コストの流路板を用いて燃料電池の製造コストを低減できる。   In the fifth aspect, the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced by using a low-cost flow path plate.

本発明の第６の態様は、第４の態様に記載する複数の前記燃料電池ユニットがセパレータを介して積層され、前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板の端部は、前記セパレータに当接していることを特徴とする燃料電池。
にある。 According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of the fuel cell units described in the fourth aspect are stacked via a separator, and ends of the anode-side flow path plate and the cathode-side flow path plate are formed of the separator. A fuel cell characterized by being in contact with the fuel cell.
It is in.

かかる第６の態様では、高出力で低コストの燃料電池が提供される。   In the sixth aspect, a high output and low cost fuel cell is provided.

本発明によれば、低コストで構成し得る燃料電池の流路板及びこれを用いた燃料電池が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flow board of a fuel cell which can be comprised at low cost, and a fuel cell using the same are provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

〈実施形態１〉
図１は本発明の実施形態１に係る燃料電池を示す分解斜視図である。同図に示すように、本実施形態に係るＭＣＦＣは、電解質板２の両面にアノード３及びカソード４がそれぞれ接合されて構成された単セル１を備えている。単セル１のカソード４の表面には、金属メッシュの一例であるＳＵＳメッシュ板５が直接接合され、さらにＳＵＳメッシュ板５の表面には、カソード側流路板６が直接接合されている。一方、単セル１のアノード３の表面には、アノード側流路板７が直接接合されている。これらのカソード側流路板６、ＳＵＳメッシュ板５、単セル１、及びアノード側流路板７から構成される燃料電池ユニット８は、カソードガスホルダ９及びアノードガスホルダ１０により気密に収納され、燃料電池１１を構成している。 <Embodiment 1>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in the figure, the MCFC according to the present embodiment includes a single cell 1 configured by joining an anode 3 and a cathode 4 to both surfaces of an electrolyte plate 2. A SUS mesh plate 5, which is an example of a metal mesh, is directly bonded to the surface of the cathode 4 of the single cell 1, and a cathode-side flow channel plate 6 is directly bonded to the surface of the SUS mesh plate 5. On the other hand, an anode-side channel plate 7 is directly joined to the surface of the anode 3 of the single cell 1. A fuel cell unit 8 composed of the cathode side flow path plate 6, the SUS mesh plate 5, the single cell 1, and the anode side flow path plate 7 is housed in an airtight manner by a cathode gas holder 9 and an anode gas holder 10, and is a fuel cell. 11 is constituted.

電解質板２は、炭酸塩を浸漬させたセラミック多孔質板で形成され、アノード３及びカソード４は、多孔質の導電体の板であるニッケル板で形成されている。なお、カソード４は酸化ガスにより酸化されて、次第に酸化ニッケルからなるカソード４となる。   The electrolyte plate 2 is formed of a ceramic porous plate in which carbonate is immersed, and the anode 3 and the cathode 4 are formed of a nickel plate that is a plate of a porous conductor. The cathode 4 is oxidized by an oxidizing gas and gradually becomes a cathode 4 made of nickel oxide.

ＳＵＳメッシュ板５は、ＳＵＳの線材から構成された金網状の部材である。ＳＵＳメッシュ板５は、酸化して脆くなったカソード４が崩壊しないようにその板形状を保持するものである。これにより、カソード４が徐々に一体性を失っても、その崩壊を防止し、電極としての機能の低下を抑止することができる。また、ＳＵＳメッシュ板５は、カソード４に作用する面圧分布を均一化する。これにより、カソード側流路板６がどのような形状であっても、カソード４の特定部分のみが加圧され、その部分を中心にクラックが生じることが防止される。   The SUS mesh plate 5 is a wire mesh member made of SUS wire. The SUS mesh plate 5 retains its plate shape so that the cathode 4 that has become brittle due to oxidation does not collapse. As a result, even if the cathode 4 gradually loses its integrity, it can be prevented from collapsing, and a decrease in function as an electrode can be suppressed. Further, the SUS mesh plate 5 makes the surface pressure distribution acting on the cathode 4 uniform. As a result, no matter what the shape of the cathode side flow path plate 6 is, only a specific portion of the cathode 4 is pressurized, and cracks are prevented from occurring around that portion.

カソード側流路板６は、燃料電池１１の外部からの酸化ガス（空気（Ｏ２）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を主成分とするガス。）の流路となる板状部材である（詳細な形状は後述する。）。このため、外部からの酸化ガスは、カソード側流路板６及びＳＵＳメッシュ板５の目を通過してカソード４に達し得るようになっている。また、本実施形態のカソード側流路板６は、ＳＵＳから形成され、ＳＵＳメッシュ板５に直接接合しているので、カソード４の集電体としても機能している。 The cathode-side flow path plate 6 is a plate-like member that serves as a flow path for oxidizing gas (gas mainly composed of air (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 )) from the outside of the fuel cell 11 (details). The detailed shape will be described later). Therefore, the oxidizing gas from the outside can reach the cathode 4 through the eyes of the cathode side flow path plate 6 and the SUS mesh plate 5. In addition, the cathode side flow path plate 6 of the present embodiment is made of SUS and directly joined to the SUS mesh plate 5, and thus functions as a current collector for the cathode 4.

アノード側流路板７は、燃料電池１１の外部からの燃料ガス（水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とするガス。）の流路となる板状部材である（詳細な形状は後述する。）。このため、外部からの燃料ガスは、アノード側流路板７を通過してアノード３に達し得るようになっている。また、本実施形態のアノード側流路板７は、ＳＵＳから形成され、アノード３に直接接合しているので、アノード３の集電体としても機能している。 The anode-side flow path plate 7 is a plate-like member that serves as a flow path for fuel gas (a gas mainly containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO)) from the outside of the fuel cell 11 (details). The detailed shape will be described later). For this reason, fuel gas from the outside can reach the anode 3 through the anode-side flow path plate 7. In addition, the anode side flow path plate 7 of the present embodiment is made of SUS and directly joined to the anode 3, and therefore functions as a current collector for the anode 3.

カソードガスホルダ９は、外部の酸化ガス源と接続され、酸化ガスを燃料電池ユニット８のカソード４に導くものであり、アノードガスホルダ１０は、外部の燃料ガス源と接続され、燃料ガスを燃料電池ユニット８のアノード３に導くものである。   The cathode gas holder 9 is connected to an external oxidizing gas source, and guides the oxidizing gas to the cathode 4 of the fuel cell unit 8. The anode gas holder 10 is connected to an external fuel gas source, and the fuel gas is supplied to the fuel cell unit. 8 to the anode 3.

かかる燃料電池１１におけるカソード４側では、カソードガスホルダ９を介して供給された空気（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）がカソード側流路板６及びＳＵＳメッシュ板５を介してカソード４に接触する。この結果、カソード４では外部回路から供給された電子と反応して炭酸イオンが生成され、この炭酸イオンが電解質板２を移動してアノード３側に至る。 On the cathode 4 side in the fuel cell 11, air (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) supplied via the cathode gas holder 9 come into contact with the cathode 4 via the cathode side flow path plate 6 and the SUS mesh plate 5. To do. As a result, the cathode 4 reacts with electrons supplied from an external circuit to generate carbonate ions, and the carbonate ions move through the electrolyte plate 2 and reach the anode 3 side.

一方、アノード３側では、アノードガスホルダ１０を介して供給された水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）とがアノード側流路板７を介してアノード３に接触する。この結果、アノード３では電解質板２を移動してきた電子と水素が反応して二酸化炭素、水及び電子を生成する。かくして生成された電子が外部回路を介してカソード４側へ移動して同様の反応が繰り返されることにより外部回路には連続的に電流を流すことができる。 On the other hand, on the anode 3 side, hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) supplied via the anode gas holder 10 come into contact with the anode 3 via the anode-side flow path plate 7. As a result, in the anode 3, the electrons that have moved through the electrolyte plate 2 react with hydrogen to generate carbon dioxide, water, and electrons. The electrons thus generated move to the cathode 4 side through the external circuit and the same reaction is repeated, whereby a current can be continuously passed through the external circuit.

また、本形態に係るカソード４及びアノード３には予め炭酸塩を浸み込ませてある。これにより、従来必要であった、炭酸塩と溶剤との混合物をシート状に成型したものである炭酸塩シートが不要となる。なお、炭酸塩シートとは、電解質板に重ね合わせた状態で加熱することにより電解質板の細孔内に炭酸塩を含浸させて電解質板を完成させるために用いられるものである。   In addition, the cathode 4 and the anode 3 according to this embodiment are preliminarily impregnated with carbonate. Thereby, the carbonate sheet | seat which is what was conventionally required and shape | molded the mixture of carbonate and a solvent in the sheet form becomes unnecessary. The carbonate sheet is used to complete the electrolyte plate by impregnating carbonate in the pores of the electrolyte plate by heating in a state of being superimposed on the electrolyte plate.

ここで、図２を用いて、カソード側流路板６及びアノード側流路板７について詳細に説明する。図２（ａ）はカソード側流路板の平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。なお、アノード側流路板７はカソード側流路板と同一形状である。   Here, the cathode side flow path plate 6 and the anode side flow path plate 7 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2A is a plan view of the cathode side flow path plate, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA. The anode side flow plate 7 has the same shape as the cathode side flow plate.

図２（ｂ）に示すように、カソード側流路板６は、複数の折曲部２１を波状に連続的に並べて形成された波形フィン２０を備え、図２（ａ）に示すように、折曲部２１の並び方向（同図左右方向）とは垂直方向（同図上下方向）に波形フィン２０が複数列並設されて形成されたものである。そして、前記垂直方向で隣接する波形フィン２０のうち一方の波形フィン２０の折曲部２１が他方の波形フィンの折曲部２１に対してずれて位置するように各波形フィン２０が配置されている。本実施形態では、各波形フィン２０は、各折曲部２１の間隔が等ピッチとなっており、各波形フィン２０はそのピッチの半分だけずれて複数列並設されている。   As shown in FIG. 2B, the cathode-side flow path plate 6 includes a corrugated fin 20 formed by continuously arranging a plurality of bent portions 21 in a wavy shape, and as shown in FIG. The arrangement direction of the bent portions 21 (the horizontal direction in the figure) is formed by arranging a plurality of corrugated fins 20 in a vertical direction (the vertical direction in the figure). And each corrugated fin 20 is arrange | positioned so that the bending part 21 of one corrugated fin 20 among the corrugated fins 20 adjacent in the said perpendicular direction may be shifted | deviated with respect to the bending part 21 of the other corrugated fin. Yes. In the present embodiment, each corrugated fin 20 has an equal pitch between the bent portions 21, and the corrugated fins 20 are arranged in parallel in a plurality of rows with a shift of half the pitch.

また、折曲部２１は、折曲部２１の並び方向の断面が凸形状となっている。折曲部２１は、波頂部２１ｔ、波底部２１ｂ及びこれらを連結する側部２１ｓとから構成され、各折曲部２１の波頂部２１ｔ同士は面一となっている。同様に波底部２１ｂ同士も面一となっている（なお、図２（ａ）においては、この波頂部２１ｔと波底部２１ｂとを区別するためあえて波頂部２１ｔにハッチを施した。）。   Further, the bent portion 21 has a convex cross section in the direction in which the bent portions 21 are arranged. The bent portion 21 includes a wave crest portion 21t, a wave bottom portion 21b, and a side portion 21s that connects them, and the wave crest portions 21t of the bent portions 21 are flush with each other. Similarly, the wave bottom parts 21b are also flush with each other (in FIG. 2A, the wave peak part 21t is hatched to distinguish the wave peak part 21t and the wave bottom part 21b).

図３（ａ）は燃料電池の断面図であり同図（ｂ）はその要部拡大図である。図３（ａ）に示すように、単セル１の一方面には、ＳＵＳメッシュ板５を介してカソード側流路板６が接合され、他方面にはアノード側流路板７が接合されている。カソード側流路板６及びアノード側流路板７は、波形フィン２０が並設された方向（同図の紙面の法線方向）に沿って、それぞれ酸化ガス及び燃料ガスが流入するよう配置されている。   FIG. 3A is a cross-sectional view of the fuel cell, and FIG. 3B is an enlarged view of the main part thereof. As shown in FIG. 3 (a), a cathode side channel plate 6 is joined to one surface of the single cell 1 via a SUS mesh plate 5, and an anode side channel plate 7 is joined to the other surface. Yes. The cathode side flow path plate 6 and the anode side flow path plate 7 are arranged so that the oxidizing gas and the fuel gas respectively flow in the direction in which the corrugated fins 20 are arranged in parallel (the normal direction of the paper surface of the drawing). ing.

図３（ｂ）に示すように、燃料電池１１には、カソード側流路板６において隣接する折曲部２１の間とカソードガスホルダ９とにより形成された空間である外側流路３０と、折曲部２１とＳＵＳメッシュ板５とにより形成された空間である内側流路３１とが形成されている。同様に、図３（ａ）に示すように、アノード３側においても、燃料電池１１には、アノード側流路板７において隣接する折曲部２１の間とアノードガスホルダ１０とにより形成された空間である外側流路３０と、折曲部２１とアノード３とにより形成された空間である内側流路３１とが形成されている。   As shown in FIG. 3 (b), the fuel cell 11 includes an outer flow path 30, which is a space formed by the cathode gas holder 9 and a space between adjacent bent portions 21 in the cathode side flow path plate 6. An inner flow path 31 that is a space formed by the curved portion 21 and the SUS mesh plate 5 is formed. Similarly, as shown in FIG. 3A, also on the anode 3 side, the fuel cell 11 has a space formed by the anode gas holder 10 between the adjacent bent portions 21 in the anode-side flow path plate 7. And an inner flow path 31 that is a space formed by the bent portion 21 and the anode 3 is formed.

この燃料電池１１に供給される燃料ガス及び酸化ガスは、波形フィン２０が並設された方向に沿って、アノード側流路板７及びカソード側流路板６の一方から他方に流通する。このとき、燃料ガス及び酸化ガスは、まず、最初の波形フィン２０において、外側流路３０と内側流路３１とに分かれて流入することになる。この内側流路３１を流通する燃料ガスはアノード３に接触し、酸化ガスはカソード４に接触する。一方、最初の波形フィン２０の外側流路３０を流通する燃料ガス及び酸化ガスはアノード３及びカソード４に接触することはない。しかしながら、最初の波形フィン２０と次の波形フィン２０とは、折曲部２１が半ピッチずれているので、最初の波形フィン２０の外側流路３０を通過した燃料ガス及び酸化ガスは、次の波形フィン２０の内側流路３１を流通することになり、アノード３及びカソード４に接触することができる。   The fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell 11 circulate from one of the anode side channel plate 7 and the cathode side channel plate 6 to the other along the direction in which the corrugated fins 20 are arranged. At this time, the fuel gas and the oxidizing gas first flow into the outer corrugated fin 20 and the outer flow path 30 and the inner flow path 31. The fuel gas flowing through the inner flow path 31 contacts the anode 3, and the oxidizing gas contacts the cathode 4. On the other hand, the fuel gas and the oxidizing gas flowing through the outer flow path 30 of the first corrugated fin 20 do not contact the anode 3 and the cathode 4. However, the bent portions 21 of the first corrugated fin 20 and the next corrugated fin 20 are shifted by a half pitch, so that the fuel gas and the oxidizing gas that have passed through the outer flow path 30 of the first corrugated fin 20 are the following. The inner channel 31 of the corrugated fin 20 is circulated and can contact the anode 3 and the cathode 4.

以降、波形フィン２０が半ピッチずれて連続的に並設されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、最初に外側流路３０又は内側流路３１の何れを通過しようとも、万遍なくアノード３及びカソード４に接触できるようになっている。   Thereafter, since the corrugated fins 20 are continuously arranged side by side by a half pitch, the fuel gas and the oxidant gas are uniformly supplied to the anode 3 regardless of whether the fuel gas and the oxidizing gas first pass through the outer flow path 30 or the inner flow path 31. And the cathode 4 can be contacted.

なお、各折曲部２１の波頂部２１ｔ同士は面一となっており、波底部２１ｂも面一となっているので、アノード３及びカソード４に掛る圧力が均等に分散され、特定部分に圧力が集中してアノード３及びカソード４にクラックが生じることが防止されている。   The crest portions 21t of the bent portions 21 are flush with each other, and the wave bottom portions 21b are also flush with each other. It is possible to prevent cracks from being generated in the anode 3 and the cathode 4 due to concentration of the mist.

また、カソード側流路板６の端部６ａ及びアノード側流路板７の端部７ａは、それぞれカソードガスホルダ９及びアノードガスホルダ１０に当接しているので、カソード４及びアノード３の端部にまで、これらを挟持する圧力が確実に加わるようになっている。これにより、カソード４及びアノード３の端部が振動しようとしても、端部６ａ、７ａがこれを抑止するため、カソード４及びアノード３の端部に振動によるクラックが生じることが防止される。   Further, the end 6a of the cathode-side flow path plate 6 and the end 7a of the anode-side flow path plate 7 are in contact with the cathode gas holder 9 and the anode gas holder 10, respectively. The pressure for sandwiching these is surely applied. As a result, even if the end portions of the cathode 4 and the anode 3 try to vibrate, the end portions 6a and 7a suppress this, so that the end portions of the cathode 4 and the anode 3 are prevented from cracking due to vibration.

以上に説明した燃料電池１１のカソード側流路板６及びアノード側流路板７は、波形フィン２０が半ピッチずれて複数列並設されているため、燃料ガス及び酸化ガスがこれらの流路板のどちらの面を流通しようとも、万遍なくアノード３及びカソード４に導くことができる。すなわち、従来の流路板においては、これらのガスを万遍なくアノード３及びカソード４に接触させるべく孔を設けていたが、本発明に係るカソード側流路板６及びアノード側流路板７ではこのような孔を設ける必要がない。このため、流路板に孔を設けるために打ち抜かれる分だけ流路板のコストを低減することができ、本発明の流路板を用いた燃料電池の製造コストも低減し得る。特に、従来の集電板として用いられていたパンチングメタルは、一般に高価であるため、その削減の効果は大きい。   Since the cathode-side flow path plate 6 and the anode-side flow path plate 7 of the fuel cell 11 described above are arranged in a plurality of rows with the corrugated fins 20 shifted by a half pitch, the fuel gas and the oxidizing gas flow through these flow paths. Regardless of which side of the plate is distributed, it can be uniformly guided to the anode 3 and the cathode 4. That is, in the conventional flow path plate, the holes are provided so that these gases are uniformly contacted with the anode 3 and the cathode 4, but the cathode side flow path plate 6 and the anode side flow path plate 7 according to the present invention are provided. Then, it is not necessary to provide such a hole. For this reason, the cost of the flow path plate can be reduced by the amount punched to provide the hole in the flow path plate, and the manufacturing cost of the fuel cell using the flow path plate of the present invention can also be reduced. In particular, punching metal that has been used as a conventional current collector plate is generally expensive, so that the reduction effect is great.

なお、本実施形態では、電解質に溶融炭酸塩を用いた、いわゆる溶融炭酸塩形燃料電池を例としたが、本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）など他の種類の燃料電池にも適用し得るものである。   In the present embodiment, a so-called molten carbonate fuel cell using molten carbonate as an electrolyte is taken as an example, but the present invention is applied to other types of fuel cells such as a solid oxide fuel cell (SOFC). Is also applicable.

〈実施形態２〉
実施形態２では、凸形状の折曲部２１からなる波形フィン２０を複数列設けてカソード側流路板６及びアノード側流路板７を形成したが、折曲部は凸形状に限定されない。 <Embodiment 2>
In the second embodiment, the cathode-side flow path plate 6 and the anode-side flow path plate 7 are formed by providing a plurality of rows of corrugated fins 20 including the convex bent portions 21, but the bent portions are not limited to the convex shape.

図４（ａ）は、実施形態２に係るカソード側流路板の平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図であり、同図（ｃ）は燃料電池の断面図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、アノード側流路板７Ａはカソード側流路板６Ａと同一形状である。   4A is a plan view of the cathode-side channel plate according to Embodiment 2, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA, and FIG. 4C is a cross-sectional view of the fuel cell. It is. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the anode side flow plate 7A has the same shape as the cathode side flow plate 6A.

図４（ｂ）に示すように、カソード側流路板６Ａは、複数の折曲部２１を波状に連続的に並べて形成された波形フィン２０Ａを備え、図４（ａ）に示すように、折曲部２１の並び方向（同図左右方向）とは垂直方向（同図上下方向）に波形フィン２０Ａが複数列並設されて形成されたものである。そして、前記垂直方向で隣接する波形フィン２０Ａのうち一方の波形フィン２０Ａの折曲部２１Ａが他方の波形フィン２０Ａの折曲部２１Ａに対してずれて位置するように各波形フィン２０Ａが配置されている。本実施形態では、各波形フィン２０は、各折曲部２１の間隔が等ピッチとなっており、各波形フィン２０はそのピッチの半分だけずれて複数列並設されている。また、折曲部２１は、折曲部２１の並び方向の断面が半球状となっている。   As shown in FIG. 4B, the cathode-side flow path plate 6A includes corrugated fins 20A formed by continuously arranging a plurality of bent portions 21 in a wavy shape, and as shown in FIG. The arrangement direction of the bent portions 21 (the horizontal direction in the figure) is formed by arranging a plurality of rows of corrugated fins 20A in the vertical direction (the vertical direction in the figure). The corrugated fins 20A are arranged so that the bent portion 21A of one corrugated fin 20A among the corrugated fins 20A adjacent in the vertical direction is positioned with respect to the bent portion 21A of the other corrugated fin 20A. ing. In the present embodiment, each corrugated fin 20 has an equal pitch between the bent portions 21, and the corrugated fins 20 are arranged in parallel in a plurality of rows with a shift of half the pitch. Further, the bent portion 21 has a hemispherical cross section in the direction in which the bent portions 21 are arranged.

図４（ｃ）に示すように、単セル１の一方面には、ＳＵＳメッシュ板５を介してカソード側流路板６Ａが接合され、他方面にはアノード側流路板７Ａが接合されている。カソード側流路板６Ａ及びアノード側流路板７Ａは、波形フィン２０Ａが並設された方向（同図の紙面の法線方向）に沿って、それぞれ酸化ガス及び燃料ガスが流入するよう配置されている。   As shown in FIG. 4 (c), the cathode side flow path plate 6A is joined to one surface of the single cell 1 via the SUS mesh plate 5, and the anode side flow path plate 7A is joined to the other surface. Yes. The cathode-side flow channel plate 6A and the anode-side flow channel plate 7A are arranged so that the oxidizing gas and the fuel gas flow in along the direction in which the corrugated fins 20A are arranged in parallel (the normal direction of the paper surface of the drawing). ing.

燃料電池１１には、カソード側流路板６Ａにおいて隣接する折曲部２１Ａの間とカソードガスホルダ９とにより形成された空間である外側流路３０Ａと、折曲部２１ＡとＳＵＳメッシュ板５とにより形成された空間である内側流路３１Ａとが形成されている。同様に、図示はしないが、アノード３側においても、燃料電池１１には、アノード側流路板７において隣接する折曲部２１Ａの間とアノードガスホルダ１０とにより形成された空間である外側流路３０Ａと、折曲部２１Ａとアノード３とにより形成された空間である内側流路３１Ａとが形成されている。   The fuel cell 11 includes an outer flow path 30A that is a space formed by the cathode gas holder 9 between adjacent bent portions 21A in the cathode-side flow path plate 6A, a bent portion 21A, and a SUS mesh plate 5. An inner flow path 31A, which is a formed space, is formed. Similarly, although not shown, on the anode 3 side as well, the fuel cell 11 has an outer flow path which is a space formed by the anode gas holder 10 between the adjacent bent portions 21 </ b> A in the anode flow path plate 7. 30A and the inner flow path 31A that is a space formed by the bent portion 21A and the anode 3 are formed.

この燃料電池１１に供給される燃料ガス及び酸化ガスは、波形フィン２０Ａが並設された方向に沿って、アノード側流路板７Ａ及びカソード側流路板６Ａの一方から他方に流通する。このとき、燃料ガス及び酸化ガスは、まず、最初の波形フィン２０Ａにおいて、外側流路３０Ａと内側流路３１Ａとに分かれて流入することになる。この内側流路３１Ａを流通する燃料ガスはアノード３に接触し、酸化ガスはカソード４に接触する。一方、最初の波形フィン２０Ａの外側流路３０Ａを流通する燃料ガス及び酸化ガスはアノード３及びカソード４に接触することはない。しかしながら、最初の波形フィン２０Ａと次の波形フィン２０Ａとは、折曲部２１Ａが半ピッチずれているので、最初の波形フィン２０Ａの外側流路３０Ａを通過した燃料ガス及び酸化ガスは、次の波形フィン２０Ａの内側流路３１Ａを流通することになり、アノード３及びカソード４に接触することができる。   The fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell 11 circulate from one of the anode side channel plate 7A and the cathode side channel plate 6A to the other along the direction in which the corrugated fins 20A are arranged. At this time, the fuel gas and the oxidizing gas first flow into the outer corrugated fin 20A in a divided manner into the outer channel 30A and the inner channel 31A. The fuel gas flowing through the inner flow path 31 </ b> A contacts the anode 3, and the oxidizing gas contacts the cathode 4. On the other hand, the fuel gas and the oxidizing gas flowing through the outer flow path 30A of the first corrugated fin 20A do not contact the anode 3 and the cathode 4. However, since the first corrugated fin 20A and the next corrugated fin 20A have the bent portion 21A shifted by a half pitch, the fuel gas and the oxidizing gas that have passed through the outer flow path 30A of the first corrugated fin 20A are the following. The inner channel 31A of the corrugated fin 20A is circulated and can contact the anode 3 and the cathode 4.

以降、波形フィン２０Ａが半ピッチずれて連続的に並設されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、最初に外側流路３０Ａ又は内側流路３１Ａの何れを通過しようとも、万遍なくアノード３及びカソード４に接触できるようになっている。   Thereafter, since the corrugated fins 20A are continuously arranged with a half-pitch deviation, the fuel gas and the oxidant gas are uniformly supplied regardless of whether the fuel gas and the oxidizing gas first pass through the outer flow path 30A or the inner flow path 31A. And the cathode 4 can be contacted.

なお、本実施形態の折曲部２１Ａは、その形状、間隔を調整し易いため、アノード３及びカソード４に接触する面積を自由に設計することが容易である。このため、折曲部２１Ａの間隔を広めに取ることで、アノード３及びカソード４により多くのガスを接触させることができるし、逆に折曲部２１Ａの間隔を狭くし、半球の頂上部を平坦にすることで、アノード側流路板７及びカソード側流路板６とアノード３及びカソード４との接触面積をより大きくして集電機能を向上させることができる。   Note that the bent portion 21A of the present embodiment can easily adjust the shape and interval thereof, so that it is easy to freely design the area in contact with the anode 3 and the cathode 4. For this reason, by making the space | interval of the bending part 21A wide, more gas can be made to contact the anode 3 and the cathode 4, conversely, the space | interval of the bending part 21A is narrowed, and the top part of a hemisphere is made into the top. By flattening, it is possible to increase the contact area between the anode-side channel plate 7 and the cathode-side channel plate 6 and the anode 3 and the cathode 4, thereby improving the current collecting function.

〈実施形態３〉
実施形態１及び実施形態２では、燃料電池ユニット８を１つ備える燃料電池１１を例示したが、これに限定されず、２以上の燃料電池ユニット８を積層して、いわゆるスタック形の燃料電池を構成してもよい。 <Embodiment 3>
In the first embodiment and the second embodiment, the fuel cell 11 including one fuel cell unit 8 is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and a so-called stack type fuel cell is formed by stacking two or more fuel cell units 8. It may be configured.

図５は、本発明の実施形態３に係る燃料電池を示す分解斜視図である。なお、実施形態１の燃料電池と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図示するように、本実施形態の燃料電池１１Ｂは、２つの燃料電池ユニット８がセパレータ１２を介して積層されて形成されている。   FIG. 5 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the fuel cell of Embodiment 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted. As shown in the figure, the fuel cell 11B of the present embodiment is formed by stacking two fuel cell units 8 with a separator 12 interposed therebetween.

セパレータ１２は、一方の面には凹部１２ａが延設され、他方の面には凹部１２ａと直交する方向に凹部１２ｂが延設されている。この凹部１２ａにはカソード側流路板６が設けられ、凹部１２ｂには、アノード側流路板７が設けられている。そして、これらのカソード側流路板６とアノード側流路板７とに、単セル１（電解質板２、アノード３、カソード４）及びＳＵＳメッシュ板５（図示せず）が挟持されている。   The separator 12 has a recess 12a extending on one surface, and a recess 12b extending on the other surface in a direction orthogonal to the recess 12a. A cathode-side channel plate 6 is provided in the recess 12a, and an anode-side channel plate 7 is provided in the recess 12b. A single cell 1 (electrolyte plate 2, anode 3, cathode 4) and SUS mesh plate 5 (not shown) are sandwiched between the cathode side flow channel plate 6 and the anode side flow channel plate 7.

かかる燃料電池１１Ｂでは、凹部１２ａの延設方向に沿って酸化ガス源から酸化ガスがカソード側流路板６を流通し、ＳＵＳメッシュ板５を介してカソード４に接触する。この結果、カソード４では外部回路から供給された電子と反応して炭酸イオンが生成され、この炭酸イオンが電解質板２を移動してアノード３側に至る。   In such a fuel cell 11B, the oxidizing gas flows from the oxidizing gas source along the extending direction of the recess 12a through the cathode-side flow path plate 6 and contacts the cathode 4 via the SUS mesh plate 5. As a result, the cathode 4 reacts with electrons supplied from an external circuit to generate carbonate ions, and the carbonate ions move through the electrolyte plate 2 and reach the anode 3 side.

一方、凹部１２ｂの延設方向に沿って燃料ガス源からの燃料ガスがアノード側流路板７を流通し、アノード３に接触する。この結果、アノード３では電解質板２を移動してきた電子と水素が反応して二酸化炭素、水及び電子を生成する。かくして生成された電子が外部回路を介してカソード４側へ移動して同様の反応が繰り返されることにより外部回路には連続的に電流を流すことができる。   On the other hand, fuel gas from the fuel gas source flows through the anode-side flow path plate 7 along the extending direction of the recess 12 b and contacts the anode 3. As a result, at the anode 3, the electrons that have moved through the electrolyte plate 2 react with hydrogen to generate carbon dioxide, water, and electrons. The electrons thus generated move to the cathode 4 side through the external circuit and the same reaction is repeated, whereby a current can be continuously passed through the external circuit.

以上に説明した燃料電池１１Ａは、高出力化すべくスタック構造としても、実施形態１の燃料電池１１と同様に、低コストの流路板を用いて燃料電池１１Ｂの製造に掛かるコストを削減することができる。   Even if the fuel cell 11A described above has a stack structure to increase output, the cost for manufacturing the fuel cell 11B can be reduced by using a low-cost flow path plate, similarly to the fuel cell 11 of the first embodiment. Can do.

本発明は電力設備の製造、販売、運用を行う産業界において有効に利用し得る。   The present invention can be effectively used in the industry that manufactures, sells, and operates electric power equipment.

実施形態１に係る燃料電池を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係るカソード側流路板の平面図及びその断面図である。FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of a cathode side flow path plate according to Embodiment 1. 実施形態１に係る燃料電池の断面図及びその要部拡大図である。It is sectional drawing of the fuel cell which concerns on Embodiment 1, and its principal part enlarged view. 実施形態２に係るカソード側流路板の平面図及びその断面図並びに燃料電池の断面図である。FIG. 5 is a plan view of a cathode side flow path plate according to Embodiment 2, a cross-sectional view thereof, and a cross-sectional view of a fuel cell. 実施形態３に係る燃料電池を示す分解斜視図である。6 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 単セル
２ 電解質板
３ アノード
４ カソード
５ メッシュ板
６、６Ａ カソード側流路板
７、７Ａ アノード側流路板
８ 燃料電池ユニット
９ カソードガスホルダ
１０ アノードガスホルダ
１１、１１Ａ、１１Ｂ 燃料電池
１２ セパレータ
２０、２０Ａ 波形フィン
２１、２１Ａ 折曲部
３０、３０Ａ 外側流路
３１、３１Ａ 内側流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single cell 2 Electrolyte plate 3 Anode 4 Cathode 5 Mesh plate 6, 6A Cathode side channel plate 7, 7A Anode side channel plate 8 Fuel cell unit 9 Cathode gas holder 10 Anode gas holder 11, 11A, 11B Fuel cell 12 Separator 20, 20A Corrugated fins 21, 21A Bent parts 30, 30A Outer channel 31, 31A Inner channel

Claims (6)

電解質板の両面にアノード及びカソードがそれぞれ接合されて構成された単セルに接合される燃料電池の流路板であって、
複数の折曲部を波状に連続的に並べて形成した波形フィンが、前記折曲部の並び方向とは垂直方向に複数列並設され、
前記垂直方向で隣接する波形フィンのうち一方の波形フィンの折曲部が他方の波形フィンの折曲部に対してずれて位置するように各波形フィンが配置されている
ことを特徴とする燃料電池の流路板。 A fuel cell flow path plate joined to a single cell constructed by joining an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte plate,
Corrugated fins formed by continuously arranging a plurality of bent portions in a wavy shape are arranged in a plurality of rows in a direction perpendicular to the arrangement direction of the bent portions,
Each corrugated fin is disposed such that a bent portion of one corrugated fin among the corrugated fins adjacent in the vertical direction is positioned with respect to a bent portion of the other corrugated fin. Battery flow plate. 請求項１に記載する燃料電池の流路板において、
前記折曲部は、その折曲部の並ぶ方向の断面が凸形状となっている
ことを特徴とする燃料電池の流路板。 In the fuel cell channel plate according to claim 1,
The flow path plate of a fuel cell, wherein the bent portion has a convex cross section in the direction in which the bent portions are arranged. 請求項１に記載する燃料電池の流路板において、
前記折曲部は、その折曲部の並ぶ方向の断面が半球状となっている
ことを特徴とする燃料電池の流路板。 In the fuel cell channel plate according to claim 1,
The flow path plate of a fuel cell, wherein the bent portion has a hemispherical cross section in the direction in which the bent portions are arranged. 電解質板の両面にアノード及びカソードがそれぞれ接合されて構成された単セルと、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池の流路板であって前記アノードに接合されたアノード側流路板及び前記カソードに接合されたカソード側流路板とから構成される燃料電池ユニットを備え、
前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板は、前記波形フィンが並設された方向に燃料ガス及び酸化ガスが流通するように配設されている
ことを特徴とする燃料電池。 A single cell composed of an anode and a cathode bonded to both surfaces of the electrolyte plate;
4. The fuel cell channel plate according to claim 1, comprising an anode-side channel plate joined to the anode and a cathode-side channel plate joined to the cathode. 5. A fuel cell unit,
The fuel cell according to claim 1, wherein the anode-side channel plate and the cathode-side channel plate are arranged so that fuel gas and oxidizing gas flow in a direction in which the corrugated fins are arranged in parallel. 請求項４に記載する燃料電池において、
前記燃料電池ユニットを保持するアノードガスホルダ及びカソードガスホルダを具備し、
前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板の端部は、前記アノードガスホルダ及び前記カソードガスホルダに当接している
ことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 4, wherein
Comprising an anode gas holder and a cathode gas holder for holding the fuel cell unit;
Ends of the anode side flow path plate and the cathode side flow path plate are in contact with the anode gas holder and the cathode gas holder. 請求項４に記載する複数の前記燃料電池ユニットがセパレータを介して積層され、
前記アノード側流路板及び前記カソード側流路板の端部は、前記セパレータに当接している
ことを特徴とする燃料電池。 A plurality of the fuel cell units according to claim 4 are stacked via a separator,
Ends of the anode side flow path plate and the cathode side flow path plate are in contact with the separator.
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