JP2010186590A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が設けられる燃料電池に関する。 The present invention comprises an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, and the reaction gas in the lamination direction. The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas communication hole to be circulated is formed, and a connection flow channel portion that connects the reaction gas flow channel and the reaction gas communication hole is provided.
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電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. A unit cell is provided. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.
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。また、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. Further, between the separators, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.
この種の燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する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前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。 This type of fuel cell has a so-called internal structure in which a reaction gas inlet communication hole, a reaction gas outlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole, and a cooling medium outlet communication hole penetrating in the stacking direction of the separator are provided in the fuel cell. A manifold may be configured.
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池は、図13に示すように、MEA1とセパレータ2とが交互に積層されるとともに、積層方向に貫通し、発電に用いられる空気を供給する空気供給マニホールド3aと、利用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド3bとを備えている。
For example, in the fuel cell disclosed in
燃料電池に供給された空気は、空気供給用貫通孔4a、空気流路5a及び空気供給口6aを経て空気流路形成部7の内部に流入している。その後、空気は、空気流路形成部7の内部を通過しつつMEA1における発電に利用され、利用されなかった空気は、空気排出口6b、空気流路5b、空気排出用貫通孔4bを経て燃料電池の外部に排出されている。
The air supplied to the fuel cell flows into the air flow path forming portion 7 through the air supply through
上記の燃料電池では、MEA1における発電によって水が生成され、この水が空気流路5bに滞留し、前記空気流路5bを閉塞するおそれがある。このため、燃料電池間で空気の分配にばらつきが発生し、安定した発電が遂行されないという問題がある。
In the fuel cell described above, water is generated by the power generation in the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が生成水により閉塞されることを可及的に阻止し、効率的な発電を安定して行う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 prevents the connection flow path portion connecting the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole from being blocked by generated water as much as possible. An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of stably generating power.
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が設けられる燃料電池に関するものである。 The present invention comprises an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, and the reaction gas in the lamination direction. The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas communication hole to be circulated is formed, and a connection flow channel portion for connecting the reaction gas flow channel and the reaction gas communication hole is provided.
連結流路部は、一方のセパレータを貫通し、反応ガス連通孔に近接して反応ガスを通過させる複数の第1開口部と、前記一方のセパレータを貫通し、反応ガス流路に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第2開口部と、前記第1開口部と前記第2開口部とを連通させる複数の連通路と、各連通路と各第1開口部及び各第2開口部とを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の連続流路を形成するための仕切り部とを備えている。 The connecting channel portion passes through one separator and passes through the first gas separator in the vicinity of the reaction gas communication hole and passes through the one separator and close to the reaction gas channel. A plurality of second openings for allowing the reaction gas to pass therethrough, a plurality of communication paths for communicating the first openings and the second openings, the communication paths, the first openings, and the second openings. And a partition part for forming a plurality of independent continuous flow paths.
また、この燃料電池は、複数の連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、仕切り部は、前記シール部材により一体成形されることが好ましい。 In addition, it is preferable that the fuel cell includes a seal member that integrally surrounds a plurality of communication paths to form a closed space, and the partition portion is integrally formed by the seal member.
さらに、この燃料電池において、複数の連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、仕切り部は、前記閉空間に個別に装着されることが好ましい。 Furthermore, this fuel cell preferably includes a seal member that integrally circulates a plurality of communication passages to form a closed space, and the partition portion is preferably individually attached to the closed space.
さらにまた、連結流路部は、連通路とは反対のセパレータ面に形成され、反応ガス連通孔と複数の第1開口部とを連通させる複数の裏面側連通路を有し、複数の前記連続流路は、第2開口部、前記連通路、前記第1開口部及び前記裏面側連通路から前記反応ガス連通孔に連続し且つ互いに独立して構成されることが好ましい。 Furthermore, the connection flow path part is formed on the separator surface opposite to the communication path, and has a plurality of back side communication paths that allow the reaction gas communication holes and the plurality of first openings to communicate with each other. The flow path is preferably configured to be continuous from the second opening, the communication path, the first opening, and the back-side communication path to the reaction gas communication hole and independently of each other.
本発明によれば、連結流路部は、仕切り部を介し各連通路と各第1開口部及び各第2開口部とが個別に連通し且つそれぞれ独立した複数の連続流路を有している。このため、各連続流路間で互いにバイパスすることがなく、排水性を向上させて滞留水を抑制するとともに、反応ガスの分配性を良好に維持して効率的な発電を安定して行うことが可能になる。 According to the present invention, the connecting flow path portion has a plurality of continuous flow paths in which each communication path and each first opening and each second opening communicate with each other through the partition and are independent from each other. Yes. For this reason, there is no bypass between each continuous flow path, the drainage is improved and the stagnant water is suppressed, and the distribution of the reaction gas is well maintained and efficient power generation is stably performed. Is possible.
図1〜図3に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、複数の発電ユニット12を水平方向(矢印A方向)に積層して構成される。発電ユニット12は、第1セパレータ14、第1電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)(MEA)16a、第2セパレータ18、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3セパレータ20を設ける。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
第1セパレータ14、第2セパレータ18及び第3セパレータ20は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1セパレータ14、第2セパレータ18及び第3セパレータ20は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第1セパレータ14、第2セパレータ18及び第3セパレータ20は、金属セパレータに換えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
The
第1電解質膜・電極構造体16aは、第2電解質膜・電極構造体16bよりも小さな表面積に設定される。第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16b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22と、前記固体高分子電解質膜22を挟持するアノード側電極24及びカソード側電極26とを備える。
The first electrolyte membrane /
アノード側電極24は、カソード側電極26よりも小さな表面積を有する段差型MEAを構成している。固体高分子電解質膜22、アノード側電極24及びカソード側電極26は、それぞれ矢印B方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。
The
アノード側電極24及びカソード側電極26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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。
The
発電ユニット12の長辺方向の(矢印C方向)上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス連通孔)30a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス連通孔)32aが設けられる。
An oxidant gas inlet communication hole (reaction) for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at the upper edge of the long side direction (arrow C direction) of the
発電ユニット12の長辺方向の(矢印C方向)下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(反応ガス連通孔)32b、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(反応ガス連通孔)30bが設けられる。
A fuel gas outlet communication hole (reactive gas communication hole) 32b for communicating with each other in the direction of arrow A and discharging fuel gas is formed at the lower edge of the long side direction (arrow C direction) of the
発電ユニット12の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔34aが設けられるとともに、前記発電ユニット12の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔34bが設けられる。
At one edge of the
図4に示すように、第1セパレータ14の第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第1燃料ガス流路(反応ガス流路)36が形成される。第1燃料ガス流路36は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第1燃料ガス流路36の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部38及び出口バッファ部40が設けられる。
As shown in FIG. 4, the first fuel gas flow that communicates the fuel gas
図5に示すように、第1セパレータ14の面14bには、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44の上端部及び下端部近傍には、入口バッファ部38及び出口バッファ部40の裏面形状であるバッファ部46、48が設けられる。
As shown in FIG. 5, a cooling
図1に示すように、第2セパレータ18の第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面18aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する第1酸化剤ガス流路(反応ガス流路)50が形成される。第1酸化剤ガス流路50は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第1酸化剤ガス流路50の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、入口バッファ部52及び出口バッファ部54が設けられる。
As shown in FIG. 1, the
第2セパレータ18の第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面18bには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第2燃料ガス流路(反応ガス流路)58が形成される。第2燃料ガス流路58は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第2燃料ガス流路58の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、入口バッファ部60及び出口バッファ部62が設けられる。
A second fuel gas channel (reactive gas channel) that communicates the fuel gas
第3セパレータ20の第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面20aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する第2酸化剤ガス流路(反応ガス流路)66が形成される。
On the
第2酸化剤ガス流路66は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第2酸化剤ガス流路66の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、入口バッファ部68及び出口バッファ部70が設けられる。
The second oxidant
第3セパレータ20の面20bには、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、第1燃料ガス流路36及び第2酸化剤ガス流路66の裏面形状(波形状)の重ね合わせにより形成される。
A cooling
第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材74が一体成形される。第2セパレータ18の面18a、18bには、この第2セパレータ18の外周端縁部を周回して第2シール部材76が一体成形されるとともに、第3セパレータ20の面20a、20bには、この第3セパレータ20の外周端縁部を周回して第3シール部材78が一体成形される。
A
第1〜第3シール部材74、76及び78としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
As the first to
第1シール部材74は、図4に示すように、第1セパレータ14の外周端部に近接して、面14aに設けられる外側シール74aを備え、この外側シール74aから内方に離間し、第1燃料ガス流路36を囲繞する内側シール74bが設けられる。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、第1シール部材74は、第1セパレータ14の面14b側に設けられ、外側シール74aに対応する外側シール74cと、内側シール74bに対応し、冷却媒体流路44を囲繞する内側シール74dとを有する。
As shown in FIG. 5, the
図4及び図5に示すように、第1セパレータ14には、燃料ガス入口連通孔32aと第1燃料ガス流路36とを連通する入口側第1連結流路部80aと、燃料ガス出口連通孔32bと前記第1燃料ガス流路36とを連通する出口側第1連結流路部80bとが設けられる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
入口側第1連結流路部80aは、外側シール74aに囲繞される領域内と、外側シール74c及び内側シール74d間の連結シール74eに囲繞される領域(閉空間)内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側供給孔部(第1開口部)82aと、内側シール74bに囲繞される領域内と、前記連結シール74eに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側供給孔部(第2開口部)82bとを有する。
The inlet-side first connection
図4に示すように、面14a側には、燃料ガス入口連通孔32aと各外側供給孔部82aとを連通する複数の裏面側連通路84aが設けられる。図5に示すように、面14b側には、外側供給孔部82aと内側供給孔部82bとを連通する複数の連通路84bが形成される。
As shown in FIG. 4, on the
連通路84b間には、各連通路84bと各外側供給孔部82a及び各内側供給孔部82bとを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の入口側連続流路86aを形成するための複数の仕切り部88aが設けられる。図6に示すように、仕切り部88aは、第1シール部材74により一体成形されるとともに、連結シール74eよりも高さ方向に寸法tだけ短尺に構成される。この寸法tは、発電ユニット12が積層されて燃料電池10が組み付けられた際、所望のシール性を有する一方、偏荷重等が発生することを阻止し得るように設定される。
Between the
図5及び図7に示すように、それぞれの入口側連続流路86aは、各内側供給孔部82b、連通路84b、外側供給孔部82a及び裏面側連通路84aから燃料ガス入口連通孔32aに連続し且つ互いに独立して構成される。
As shown in FIGS. 5 and 7, each inlet-side
出口側第1連結流路部80bは、同様に、外側シール74aに囲繞される領域内と、連結シール74eに囲繞される領域内(閉空間)とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側排出孔部(第1開口部)90aと、内側シール74bに囲繞される領域内と、前記連結シール74eに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側排出孔部(第2開口部)90bとを有する。
Similarly, the outlet-side first connection
図4に示すように、面14a側には、燃料ガス出口連通孔32bと各外側排出孔部90aとを連通する複数の裏面側連通路92aが形成される。図5に示すように、面14b側には、外側排出孔部90aと内側排出孔部90bとを連通する複数の連通路92bが形成される。
As shown in FIG. 4, on the
連通路92b間には、各連通路92bと各外側排出孔部90a及び各内側排出孔部90bとを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の出口側連続流路86bを形成するための複数の仕切り部88bが設けられる。図8に示すように、仕切り部88bは、第1シール部材74により一体成形されるとともに、連結シール74eよりも高さ方向に寸法tだけ短尺に構成される。この寸法tは、発電ユニット12が積層されて燃料電池10が組み付けられた際、所望のシール性を有する一方、偏荷重等が発生することを阻止し得るように設定される。
Between the
図5及び図9に示すように、それぞれの出口側連続流路86bは、各内側排出孔部90b、連通路92b、外側排出孔部90a及び裏面側連通路92aから燃料ガス出口連通孔32bに連続し且つ互いに独立して構成される。
As shown in FIGS. 5 and 9, each outlet-side
第2シール部材76は、第2セパレータ18の面18aの外周端部に近接して設けられる外側シール76aを備え、この外側シール76aの内方には、第1酸化剤ガス流路50を囲繞して内側シール76bが設けられる。外側シール76aと内側シール76bとは、酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと第1酸化剤ガス流路50とを連通する。
The
第2シール部材76は、第2セパレータ18の面18b側の外周端部に近接して設けられる外側シール76cと、第2燃料ガス流路58を囲繞する内側シール76dとを有する(図1〜図3参照)。
The
第2セパレータ18には、燃料ガス入口連通孔32aと第2燃料ガス流路58とを連通する入口側第2連結流路94aと、燃料ガス出口連通孔32bと前記第2燃料ガス流路58とを連通する出口側第2連結流路94bとが設けられる。
The
入口側第2連結流路94aは、第2セパレータ18を貫通する複数の供給孔部96aを有するとともに、前記供給孔部96aは、複数の連通路97aを介して燃料ガス入口連通孔32aに連通する。出口側第2連結流路94bは、同様に、前記第2セパレータ18を貫通する複数の排出孔部96bを有し、前記排出孔部96bは、複数の連通路97bを介して燃料ガス出口連通孔32bに連通する。
The inlet-side second
第3シール部材78は、第3セパレータ20の面20a側の外周端部に近接して設けられる外側シール78aを備える。この外側シール78aの内方には、第2酸化剤ガス流路66を囲繞する内側シール78bが設けられる。第3シール部材78は、第3セパレータ20の面20bの外周端部に近接して設けられる外側シール78cと、冷却媒体流路44を囲繞して設けられる内側シール78dとを有する。
The
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
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30a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32a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34aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ18の第1酸化剤ガス流路50及び第3セパレータ20の第2酸化剤ガス流路66に導入される。この酸化剤ガスは、第1酸化剤ガス流路50に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのカソード側電極26に供給されるとともに、第2酸化剤ガス流路66に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのカソード側電極26に供給される(図1参照)。
Therefore, the oxidant gas is introduced into the first oxidant gas channel 50 of the
一方、燃料ガスは、図2に示すように、燃料ガス入口連通孔32aから第1セパレータ14と第2セパレータ18との間に形成された裏面側連通路84a及び連通路97aに導入される。図4に示すように、裏面側連通路84aに導入された燃料ガスは、外側供給孔部82aを通って第1セパレータ14の面14b側に移動する。さらに、図5に示すように、燃料ガスは、連通路84bを通って内側供給孔部82bから面14a側に導入される。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the fuel gas is introduced from the fuel gas
このため、図4に示すように、燃料ガスは、内側供給孔部82bを通って入口バッファ部38に送られ、第1燃料ガス流路36に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのアノード側電極24に供給される。
Therefore, as shown in FIG. 4, the fuel gas is sent to the
また、連通路97aに導入された燃料ガスは、図1に示すように、供給孔部96aを通って第2セパレータ18の面18b側に移動する。このため、燃料ガスは、面18b側で入口バッファ部60に供給された後、第2燃料ガス流路58に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのアノード側電極24に供給される。
Further, as shown in FIG. 1, the fuel gas introduced into the
従って、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bでは、カソード側電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極24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て発電が行われる。
Therefore, in the first and second electrolyte membrane /
次いで、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bの各カソード側電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode-
第1電解質膜・電極構造体16aのアノード側電極24に供給されて消費された燃料ガスは、図4に示すように、出口バッファ部40から内側排出孔部90bを通って第1セパレータ14の面14b側に導出される。
As shown in FIG. 4, the fuel gas consumed by being supplied to the
図5に示すように、面14b側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部90aに導入され、再度、面14a側に移動する。このため、図4に示すように、燃料ガスは、外側排出孔部90aから裏面側連通路92aを通って燃料ガス出口連通孔32bに排出される。
As shown in FIG. 5, the fuel gas led out to the
また、第2電解質膜・電極構造体16bのアノード側電極24に供給されて消費された燃料ガスは、図1に示すように、出口バッファ部62から排出孔部96bを通って面18a側に移動する。この燃料ガスは、連通路97aを通って燃料ガス出口連通孔32bに排出される。
Further, as shown in FIG. 1, the fuel gas consumed by being supplied to the
一方、冷却媒体入口連通孔34aに供給された冷却媒体は、図1に示すように、第1セパレータ14と第3セパレータ20との間に形成された冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bを冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bに排出される。
On the other hand, after the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図5、図8及び図9に示すように、出口側第1連結流路部80bにおいて、複数の仕切り部88bを介し各連通路92bと各外側排出孔部90a及び各内側排出孔部90bとが個別に連通し且つそれぞれ独立した複数の出口側連続流路86bが形成されている。このため、各連通路92b間で、互いにバイパスすることがなく、第1燃料ガス流路36を通って発電に使用された燃料ガスに伴って外側排出孔部90aから各連通路92bに導入される生成水は、連結シール74e内に滞留することがない。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 5, 8, and 9, in the outlet-side first
各出口側連続流路86bは、互いに独立して設けられるため、一部の連通路92bに生成水が滞留しても、この一部の連通路92bを有する出口側連続流路86bの圧損が高くなり、該出口側連続流路86bから生成水を排出することができるからである。
Since each outlet side
これにより、第1の実施形態では、各出口側連続流路86b毎の排水性を向上させて滞留水を抑制するとともに、燃料ガスの分配性を良好に維持し、効率的な発電を安定して行うことが可能になるという効果が得られる。
Thereby, in 1st Embodiment, while improving the drainage property for every outlet side
さらに、各出口側連続流路86bは、第1セパレータ14の面14a側に設けられ、燃料ガス出口連通孔32bと外側排出孔部90aとを連通する複数の裏面側連通路92aを有している。従って、出口側連続流路86bは、内側排出孔部90b、連通路92b、外側排出孔部90a及び裏面側連通路92aから燃料ガス出口連通孔32bに連続し、且つ互いに独立して構成されている。これにより、実質的に、第1燃料ガス流路36から燃料ガス出口連通孔32bに連続する複数の配管構造が形成され、排水性が一層向上するという利点が得られる。
Furthermore, each outlet-side
一方、入口側第1連結流路部80aには、仕切り部88aを介して複数の入口側連続流路86aが形成されている。このため、複数の連通路84bのいずれかが結露水によって閉塞されても、この連通路84bを含む入口側連続流路86aの圧損が高くなることにより、前記結露水を確実に排出することができる。従って、第1燃料ガス流路36に燃料ガスを良好に分配供給することができる他、上記の出口側連続流路86bと同様の効果が得られる。
On the other hand, a plurality of inlet-side
図10は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する第1セパレータ100の一部斜視説明図である。
FIG. 10 is a partial perspective explanatory view of the
なお、第1の実施形態に係る燃料電池10を構成する第1セパレータ14と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
Note that the same components as those of the
第1セパレータ100を構成する出口側第1連結流路部102bには、連結シール74eにより周回される閉空間に一体成形される仕切り部104を備える。仕切り部104は、平面状を有し、連結シール74eの上面位置よりも低く設定される。
The outlet-side first
仕切り部104には、第1セパレータ100を貫通して複数の外側排出孔部90a及び複数の内側排出孔部90bが形成されるとともに、各外側排出孔部90aと各内側排出孔部90bとは、連通路92bを介して連通する。外側排出孔部90a、連通路92b及び内側排出孔部90bにより、さらには、裏面側連通路92aにより、それぞれ独立した複数の出口側連続流路86bが形成される。
In the
このように構成される第2の実施形態では、それぞれ独立した複数の出口側連続流路86bが設けられており、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, a plurality of independent outlet-side
なお、第2の実施形態では、出口側第1連結流路部102bについてのみ説明したが、第1の実施形態と同様に、入口側第1連結流路部(図示せず)にも構成することができる。
In the second embodiment, only the outlet-side first
図11は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成する第1セパレータ110の一部斜視説明図である。
FIG. 11 is a partial perspective explanatory view of the
第1セパレータ110を構成する出口側第1連結流路部112bは、連結シール74eに囲繞される閉空間内に着脱自在な仕切り部114を備える。第1セパレータ110には、連結シール74eに囲繞される領域内に外側排出孔部90aと内側排出孔部90bとがそれぞれ複数ずつ形成される。
The outlet-side first
仕切り部114は、第1シール部材74と同一の材料又は樹脂材料等で構成された略矩形状を有し、連結シール74eよりも高さ方向に低い寸法に設定される(図12参照)。
The
仕切り部114には、各外側排出孔部90aと各内側排出孔部90bとを個別に且つ独立して連通する連通路(凹部)116が複数形成される。仕切り部114が連結シール74e内に配設されることにより、内側排出孔部90b、連通路116及び外側排出孔部90a(さらに、裏面側連通路92a)を有する複数の出口側連続流路86bが、互いに独立して形成される。
The
このように構成される第3の実施形態では、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる他、仕切り部114が個別に構成されるとともに、この仕切り部114が連結シール74e内に配置されるため、構成の簡素化が図られるという利点が得られる。
In the third embodiment configured as described above, the same effects as those of the first and second embodiments described above can be obtained, and the
10…燃料電池 12…発電ユニット
14、18、20、100、110…セパレータ
16a、16b…電解質膜・電極構造体
22…固体高分子電解質膜 24…アノード側電極
26…カソード側電極 30a…酸化剤ガス入口連通孔
30b…酸化剤ガス出口連通孔 32a…燃料ガス入口連通孔
32b…燃料ガス出口連通孔 34a…冷却媒体入口連通孔
34b…冷却媒体出口連通孔 36、58…燃料ガス流路
44…冷却媒体流路 50、66…酸化剤ガス流路
74、76、78…シール部材 80a…入口側第1連結流路部
80b、102b、112b…出口側第1連結流路部
82a…外側供給孔部 82b…内側供給孔部
84a、92a…裏面側連通路
84b、92b、97a、97b、116…連通路
86a…入口側連続流路 86b…出口側連続流路
88a、88b、104、114…仕切り部
90a…外側排出孔部 90b…内側排出孔部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記連結流路部は、一方のセパレータを貫通し、前記反応ガス連通孔に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第1開口部と、
前記一方のセパレータを貫通し、前記反応ガス流路に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第2開口部と、
前記第1開口部と前記第2開口部とを連通させる複数の連通路と、
各連通路と各第1開口部及び各第2開口部とを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の連続流路を形成するための仕切り部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, and a reaction for flowing the reaction gas in the stacking direction A fuel cell in which a gas communication hole is formed and a connection flow path portion that connects the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole is provided,
The connection channel portion passes through one separator, and a plurality of first openings that allow the reaction gas to pass through in proximity to the reaction gas communication hole,
A plurality of second openings that pass through the one separator and pass the reaction gas in proximity to the reaction gas flow path;
A plurality of communication passages for communicating the first opening and the second opening;
A partition for individually communicating each communication path with each first opening and each second opening and forming a plurality of independent continuous channels;
A fuel cell comprising:
前記仕切り部は、前記シール部材により一体成形されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising a seal member that integrally surrounds the plurality of communication passages to form a closed space,
The fuel cell according to claim 1, wherein the partition portion is integrally formed with the seal member.
前記仕切り部は、前記閉空間に個別に装着されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising a seal member that integrally surrounds the plurality of communication passages to form a closed space,
The fuel cell according to claim 1, wherein the partition portion is individually mounted in the closed space.
複数の前記連続流路は、前記第2開口部、前記連通路、前記第1開口部及び前記裏面側連通路から前記反応ガス連通孔に連続し且つ互いに独立して構成されることを特徴とする燃料電池。 4. The fuel cell according to claim 1, wherein the connection channel portion is formed on a separator surface opposite to the communication path, and the reaction gas communication hole and the plurality of first openings are formed. A plurality of back side communication passages that communicate with each other,
The plurality of continuous flow paths are configured to be continuous from the second opening, the communication path, the first opening, and the back-side communication path to the reaction gas communication hole and independently of each other. Fuel cell.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014186858A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and operation method thereof |
CN111868982A (en) * | 2018-01-17 | 2020-10-30 | 努威拉燃料电池有限责任公司 | Electrochemical cell with improved fluid flow design |
JP2021511632A (en) * | 2018-01-17 | 2021-05-06 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | Electrochemical cell with improved fluid flow design |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003229144A (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
-
2009
- 2009-02-10 JP JP2009028646A patent/JP5336220B2/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003229144A (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014186858A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and operation method thereof |
CN111868982A (en) * | 2018-01-17 | 2020-10-30 | 努威拉燃料电池有限责任公司 | Electrochemical cell with improved fluid flow design |
JP2021511632A (en) * | 2018-01-17 | 2021-05-06 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | Electrochemical cell with improved fluid flow design |
JP2021511634A (en) * | 2018-01-17 | 2021-05-06 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | PEM fuel cell with improved fluid flow design |
JP7308208B2 (en) | 2018-01-17 | 2023-07-13 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | Electrochemical cell with improved fluid flow design |
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