JP2011003377A - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

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勝 橋本
Masami Ueda
雅巳 植田
Yoshifusa Uezono
義房 上薗
Shigeki Yamamuro
成樹 山室
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolyte fuel cell capable of efficiently supplying air from the outside to a separator and of improving its performance.SOLUTION: A plurality of unit cells are stacked ranging from an end plate 310 of an approximate rectangular parallelepiped fuel cell stack 300 toward an end plate 350, and the separator for each unit cell where air (or oxygen) flows has a plurality of grooves formed in zigzag ranging from a side face 300A of the fuel cell stack 300 toward a side face 300B. A seal member 410 has a passage region 410A at the center where air (or oxygen) passes, and is arranged on the side face 300B of the fuel cell stack 300 in contact with the fuel cell stack 300. A pusher 400 is arranged on the side of the side face 300A located on the side of an installation face 500 of the fuel cell stack 300 for pushing air (or oxygen) into the plurality of grooves formed in the separator for each unit cell.

Description

この発明は、固体高分子型燃料電池に関し、特に、スタック型の固体高分子型燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a stack type polymer electrolyte fuel cell.

従来、複数の単位燃料電池を積層した燃料電池スタックが知られている(特許文献1)。この燃料電池スタックは、複数の単位燃料電池と、2枚のエンドプレートとを備える。   Conventionally, a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells are stacked is known (Patent Document 1). This fuel cell stack includes a plurality of unit fuel cells and two end plates.

複数の単位燃料電池は、積層される。そして、2枚のエンドプレートは、積層された複数の単位燃料電池を積層方向から挟持する。   A plurality of unit fuel cells are stacked. The two end plates sandwich the stacked unit fuel cells from the stacking direction.

各単位燃料電池は、固体高分子電解質膜と、アノード側拡散電極と、カソード側拡散電極と、第1および第2のセパレータとからなる。アノード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、カソード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の他方側に配置される。そして、第1および第2のセパレータは、アノード側拡散電極/固体高分子電解質膜/カソード側拡散電極を挟持する。   Each unit fuel cell includes a solid polymer electrolyte membrane, an anode side diffusion electrode, a cathode side diffusion electrode, and first and second separators. The anode side diffusion electrode is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane, and the cathode side diffusion electrode is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. The first and second separators sandwich the anode side diffusion electrode / solid polymer electrolyte membrane / cathode side diffusion electrode.

この場合、第1および第2のセパレータ間には、燃料電池セル(=アノード側拡散電極/固体高分子電解質膜/カソード側拡散電極)を介して燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電極またはカソード側拡散電極の外周部への反応ガスの漏れを防止するために接着性の液状シールが設けられ、隣接する第1および第2のセパレータ間には、非接着性の液状シールが設けられる。   In this case, the anode side diffusion electrode is interposed between the first and second separators via the fuel cell (= anode side diffusion electrode / solid polymer electrolyte membrane / cathode side diffusion electrode) from the electrode reaction surface of the fuel cell. Alternatively, an adhesive liquid seal is provided to prevent leakage of the reaction gas to the outer peripheral portion of the cathode side diffusion electrode, and a non-adhesive liquid seal is provided between the adjacent first and second separators. .

そして、燃料電池スタックにおいては、燃料ガスは、複数の単位燃料電池を積層することによって第1および第2のセパレータの両端部に形成される通路を通ってカソード側拡散電極およびアノード側拡散電極に供給される。   In the fuel cell stack, the fuel gas passes through the passages formed at both ends of the first and second separators by stacking a plurality of unit fuel cells, and then flows to the cathode side diffusion electrode and the anode side diffusion electrode. Supplied.

特開2001−332277号公報JP 2001-332277 A

しかし、特許文献1に記載の燃料電池スタックにおいては、積層された複数の単位燃料電池と2枚のエンドプレートとの間がシールされていないため、外部から空気をセパレータに直接流そうとした場合、複数の単位燃料電池とエンドプレートとの間の隙間に空気が流れ、セパレータに空気を効率的に流すことが困難であるという問題がある。   However, in the fuel cell stack described in Patent Document 1, there is no seal between the plurality of stacked unit fuel cells and the two end plates. There is a problem that air flows through the gaps between the plurality of unit fuel cells and the end plate, and it is difficult to efficiently flow the air through the separator.

また、空冷用の空気を反応空気ガスとしても利用する形態の燃料電池スタックは、反応空気の加湿が困難であるため、固体高分子電解質膜が乾燥し、燃料電池スタックの性能が低下するという問題がある。   In addition, in the fuel cell stack using air cooling air as the reaction air gas, it is difficult to humidify the reaction air, so that the solid polymer electrolyte membrane is dried and the performance of the fuel cell stack is degraded. There is.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a solid polymer fuel cell capable of efficiently supplying air from the outside to the separator and capable of improving performance. Is to provide.

この発明によれば、固体高分子型燃料電池は、略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、複数の単位セルと、第1および第2の端板と、押込器と、シール部材とを備える。複数の単位セルは、直方体の第1の面から第1の面に対向する第2の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続される。第1および第2の端板は、第1の面から第2の面へ向かう方向において、複数の単位セルを両側から挟持する。押込器は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する直方体の第3の面から前記第3の面側に配置され、酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む。シール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に少なくとも配置されるとともに、酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。複数の単位セルの各々は、固体高分子電解質膜と、第1および第2のセパレータとを含む。第1のセパレータは、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給する。第2のセパレータは、固体高分子電解質膜の他方側に配置され、固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する。そして、第1のセパレータは、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、ガス流路部と一体に成形され、固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含む。ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含む。隣接する第1および第2の単位セルは、第1の単位セルに含まれる第2のセパレータと第2の単位セルに含まれる第1のセパレータとによって直列に接続されている。   According to this invention, the polymer electrolyte fuel cell is a stack type polymer electrolyte fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a plurality of unit cells, first and second end plates, and an indentation. And a sealing member. The plurality of unit cells are stacked in a direction from the first surface of the rectangular parallelepiped toward the second surface facing the first surface, and are connected in series. The first and second end plates sandwich the plurality of unit cells from both sides in the direction from the first surface to the second surface. The pusher is arranged on the third surface side from the third surface of the rectangular parallelepiped located on the installation surface side where the polymer electrolyte fuel cell is installed, and pushes the oxidant gas into the plurality of unit cells. The seal member is disposed at least on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region for the passage of the oxidant gas in the central portion, and is made of an insulating material. Each of the plurality of unit cells includes a solid polymer electrolyte membrane and first and second separators. The first separator is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane and supplies an oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane. The second separator is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane and supplies a reducing agent gas to the solid polymer electrolyte membrane. The first separator includes a gas channel for supplying an oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane, and a reducing agent gas that is molded integrally with the gas channel and is supplied to the solid polymer electrolyte membrane. And a gas passage part through which the gas passes. The gas flow path part includes a plurality of grooves having a length longer than the length of the groove formed in a straight line. Adjacent first and second unit cells are connected in series by a second separator included in the first unit cell and a first separator included in the second unit cell.

好ましくは、シール部材は、第1および第2のシール部材を含む。第1のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第2のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面に対向する第4の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。   Preferably, the seal member includes first and second seal members. The first seal member is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region in the central portion and is made of an insulating material. The second seal member is disposed on the fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, has a passage region at the center, and is made of an insulating member.

好ましくは、固体高分子型燃料電池は、他のシール部材をさらに備える。他のシール部材は、還元剤ガスが第2のセパレータを流れる方向において複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。そして、還元剤ガスは、酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる。   Preferably, the polymer electrolyte fuel cell further includes another seal member. The other sealing member is made of an insulating material and is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells in the direction in which the reducing agent gas flows through the second separator. The reducing agent gas flows in a direction substantially orthogonal to the direction in which the oxidizing gas flows.

好ましくは、他のシール部材は、第3および第4のシール部材を含む。第3のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第4のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。   Preferably, the other seal member includes third and fourth seal members. The third seal member is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material. The fourth seal member is disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material.

好ましくは、シール部材は、第1および第2のシール部材を含む。第1のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第2のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面に対向する第4の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。他のシール部材は、第3および第4のシール部材を含む。第3のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第4のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。   Preferably, the seal member includes first and second seal members. The first seal member is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region in the central portion and is made of an insulating material. The second seal member is disposed on the fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, has a passage region at the center, and is made of an insulating member. Other seal members include third and fourth seal members. The third seal member is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material. The fourth seal member is disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material.

好ましくは、第1のセパレータの複数の溝の各々は、酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する。   Preferably, each of the plurality of grooves of the first separator has a zigzag shape with respect to the direction in which the oxidizing gas flows.

好ましくは、ガス流路部およびガス通過部は、金属板からなり、第1のセパレータの複数の溝は、ガス流路部を構成する金属板の表裏面に形成されている。   Preferably, the gas flow path part and the gas passage part are made of a metal plate, and the plurality of grooves of the first separator are formed on the front and back surfaces of the metal plate constituting the gas flow path part.

好ましくは、金属板は、ステンレス鋼からなる。   Preferably, the metal plate is made of stainless steel.

この発明による固体高分子型燃料電池は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側から酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む押込器と、複数の単位セルに接して設置面側に少なくとも配置され、複数の単位セルの周囲をシールするシール部材とを備えるので、外部の酸化剤ガスは、第1のセパレータの複数の溝に専ら押し込まれる。そして、押し込まれた酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜に供給され易くなる。   The polymer electrolyte fuel cell according to the present invention includes a pusher for pushing the oxidant gas into the plurality of unit cells from the installation surface side where the polymer electrolyte fuel cell is installed, and the installation surface side in contact with the plurality of unit cells. And the sealing member that seals the periphery of the plurality of unit cells, the external oxidant gas is exclusively pushed into the plurality of grooves of the first separator. The oxidant gas thus pushed in is easily supplied to the solid polymer electrolyte membrane.

したがって、この発明によれば、外部から空気をセパレータに効率的に供給でき、固体高分子型燃料電池の性能を向上できる。   Therefore, according to the present invention, air can be efficiently supplied from the outside to the separator, and the performance of the polymer electrolyte fuel cell can be improved.

この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。It is a top view of the separator used for the polymer electrolyte fuel cell by embodiment of this invention. 図1に示すセパレータの裏面の平面図である。It is a top view of the back surface of the separator shown in FIG. 図1に示す溝部分の拡大図である。It is an enlarged view of the groove part shown in FIG. 図1に示すセパレータの斜視図である。It is a perspective view of the separator shown in FIG. この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。It is a top view of the other separator used for the polymer electrolyte fuel cell by embodiment of this invention. 図5に示すセパレータの裏面の平面図である。It is a top view of the back surface of the separator shown in FIG. 図5に示す凸部および凹部の拡大図である。It is an enlarged view of the convex part and recessed part shown in FIG. 図1から図7に示すセパレータを備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the polymer electrolyte fuel cell provided with the separator shown in FIGS. 図8に示す固体高分子型燃料電池を構成する各部品の斜視図である。It is a perspective view of each component which comprises the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 図9に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of the polymer electrolyte fuel cell when assembled using the components shown in FIG. 9. この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。1 is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図11に示す線XII−XII間における燃料電池スタックの断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line XII-XII shown in FIG. 11. 図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。FIG. 12 is a plan view of the polymer electrolyte fuel cell viewed from the direction A shown in FIG. 11. 図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池の他の平面図である。FIG. 12 is another plan view of the polymer electrolyte fuel cell viewed from the A direction shown in FIG. 11. 図11に示すC方向から見た固体高分子型燃料電池の平面図である。FIG. 12 is a plan view of the polymer electrolyte fuel cell viewed from the direction C shown in FIG. 11. 図11に示すB方向から見た固体高分子型燃料電池の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of the polymer electrolyte fuel cell viewed from the B direction shown in FIG. 11. 燃料電池スタック内で生成された水滴に作用する力の概念図である。It is a conceptual diagram of the force which acts on the water droplet produced | generated within the fuel cell stack. 燃料電池スタック内における水滴の動向を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the motion of the water droplet in a fuel cell stack.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータ10は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス通過部11,12と、ガス流路部13と、孔14〜17とを備える。ガス通過部11,12、ガス流路部13、および孔14〜17は、金属板にプレス成形を施すことによって一体的に成形される。   FIG. 1 is a plan view of a separator used in a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a separator 10 used in a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention is made of a metal plate such as stainless steel, and includes gas passage portions 11 and 12, a gas flow passage portion 13, And holes 14-17. The gas passage parts 11 and 12, the gas flow path part 13, and the holes 14 to 17 are integrally formed by press forming a metal plate.

ガス通過部11は、孔111〜114からなる。孔111〜114は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の一方端側に配置される。孔111〜114の各々は、ミリオーダーの直径を有する。また、ガス通過部12は、孔121〜124からなる。孔121〜124は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の他方端側に孔111〜114に対向して配置される。孔121〜124の各々は、孔111〜114の直径と同じ直径を有する。   The gas passage portion 11 includes holes 111 to 114. The holes 111 to 114 are arranged on one end side of the separator 10 so as to penetrate the separator 10. Each of the holes 111-114 has a diameter on the order of millimeters. Moreover, the gas passage part 12 consists of holes 121-124. The holes 121 to 124 are arranged opposite to the holes 111 to 114 on the other end side of the separator 10 so as to penetrate the separator 10. Each of the holes 121-124 has the same diameter as the diameter of the holes 111-114.

ガス流路部13は、複数の溝131〜143を有する。複数の溝131〜141の各々は、セパレータ10の基準面18からミリオーダーの深さおよびミリオーダーの幅を有し、ガスが流れる方向DR1においてジグザグ状に形成される。そして、複数の溝131〜141は、ミリオーダーの間隔で配置される。   The gas flow path unit 13 has a plurality of grooves 131 to 143. Each of the plurality of grooves 131 to 141 has a depth of millimeter order and a width of millimeter order from the reference surface 18 of the separator 10, and is formed in a zigzag shape in the gas flow direction DR1. And the some groove | channel 131-141 is arrange | positioned by the space | interval of a millimeter order.

溝142は、方向DR1において、セパレータ10の一方端側に配置され、溝143は、方向DR1においてセパレータ10の他方端側に配置される。溝142,143の各々は、複数の溝131〜141に略直交するように直線状に形成される。そして、溝142,143の各々は、セパレータ10の基準面18から2mmよりも小さい深さ、ミリオーダーの幅および10cm程度の長さを有する。   Groove 142 is disposed on one end side of separator 10 in direction DR1, and groove 143 is disposed on the other end side of separator 10 in direction DR1. Each of the grooves 142 and 143 is linearly formed so as to be substantially orthogonal to the plurality of grooves 131 to 141. Each of the grooves 142 and 143 has a depth smaller than 2 mm from the reference surface 18 of the separator 10, a width of millimeter order, and a length of about 10 cm.

孔14〜17は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の4隅に配置される。そして、孔14〜17の各々は、ミリオーダーの直径を有する。   The holes 14 to 17 are arranged at the four corners of the separator 10 so as to penetrate the separator 10. And each of the holes 14-17 has a diameter of a millimeter order.

孔14,111〜114,15は、セパレータ10の一方端側において、ミリオーダーの間隔で直線状に配置される。また、孔16,121〜124,17は、セパレータ10の他方端側において、孔14,111〜114,15の間隔と同じ間隔で直線状に配置される。   The holes 14, 111 to 114, 15 are linearly arranged on the one end side of the separator 10 with a millimeter order interval. Further, the holes 16, 121-124, 17 are linearly arranged at the same interval as the holes 14, 111-114, 15 on the other end side of the separator 10.

ガス通過部11の孔111〜114およびガス通過部12の孔121〜124は、水素ガスを紙面に垂直な方向に通過させる。溝131〜141は、空気(または酸素)を方向DR1へ流す。溝142,143は、セパレータ10と後述する固体高分子電解質膜との密着性を向上させるための板を配置するための溝である。孔14〜17は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。   The holes 111 to 114 of the gas passage 11 and the holes 121 to 124 of the gas passage 12 allow hydrogen gas to pass in a direction perpendicular to the paper surface. The grooves 131 to 141 allow air (or oxygen) to flow in the direction DR1. The grooves 142 and 143 are grooves for arranging a plate for improving the adhesion between the separator 10 and a solid polymer electrolyte membrane described later. The holes 14 to 17 are holes through which the stack positioning rods are assembled when the polymer electrolyte fuel cell is assembled.

図2は、図1に示すセパレータ10の裏面の平面図である。図2を参照して、凸部131A〜141Aは、それぞれ、図1に示す溝131〜141に対応する。したがって、凸131A〜141Aは、基準面19から2mmよりも小さい高さと、ミリオーダーの幅を有する。そして、凸部131A〜141Aは、ミリオーダーの間隔で配置される。   FIG. 2 is a plan view of the back surface of the separator 10 shown in FIG. Referring to FIG. 2, convex portions 131A to 141A correspond to grooves 131 to 141 shown in FIG. Accordingly, the protrusions 131A to 141A have a height smaller than 2 mm from the reference surface 19 and a width of millimeter order. And convex part 131A-141A is arrange | positioned by the space | interval of a millimeter order.

図3は、図1に示す溝142部分の拡大図である。図3を参照して、溝142は、複数の溝131〜141に略直交する方向に直線状に形成されている。平板30は、2mmよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅および10cmよりも長い長さを有する(図3の(a)参照)。   FIG. 3 is an enlarged view of the groove 142 shown in FIG. With reference to FIG. 3, the groove 142 is linearly formed in a direction substantially orthogonal to the plurality of grooves 131 to 141. The flat plate 30 has a thickness smaller than 2 mm, a width on the order of millimeters, and a length longer than 10 cm (see FIG. 3A).

そして、平板30は、溝142に挿入される。平板30は、上述したように、溝142と同じ寸法を有するため、平板30の上面30Aは、セパレータ10の基準面18に一致する(図3の(b)参照)。   Then, the flat plate 30 is inserted into the groove 142. As described above, since the flat plate 30 has the same dimensions as the groove 142, the upper surface 30A of the flat plate 30 coincides with the reference surface 18 of the separator 10 (see FIG. 3B).

なお、平板30が溝142に挿入されても、平板30の厚みは、溝131〜141の深さよりも薄いため、空気(または酸素)は、溝131〜141を流れることができる。   Even if the flat plate 30 is inserted into the groove 142, the thickness of the flat plate 30 is thinner than the depth of the grooves 131 to 141, so that air (or oxygen) can flow through the grooves 131 to 141.

また、溝143にも、平板30と同じ平板が挿入される。   Also, the same flat plate as the flat plate 30 is inserted into the groove 143.

図4は、図1に示すセパレータ10の斜視図である。図4を参照して、セパレータ10は、上述した溝131〜141を前面10Aに有し、溝151〜160を裏面10Bに有する。   FIG. 4 is a perspective view of the separator 10 shown in FIG. Referring to FIG. 4, separator 10 has grooves 131-141 described above on front surface 10A and grooves 151-160 on rear surface 10B.

溝151〜160は、それぞれ、溝131,132間、溝132,133間、溝133,134間、溝134,135間、溝135,136間、溝136,137間、溝137,138間、溝138,139間、溝139,140間、および溝140,141間に形成される。   The grooves 151 to 160 are between the grooves 131 and 132, between the grooves 132 and 133, between the grooves 133 and 134, between the grooves 134 and 135, between the grooves 135 and 136, between the grooves 136 and 137, between the grooves 137 and 138, respectively. It is formed between the grooves 138 and 139, between the grooves 139 and 140, and between the grooves 140 and 141.

そして、溝151〜160は、溝131〜141と同じ寸法を有し、溝131〜141と同じように方向DR1においてジグザグ状に形成される。   The grooves 151 to 160 have the same dimensions as the grooves 131 to 141, and are formed in a zigzag shape in the direction DR <b> 1 like the grooves 131 to 141.

その結果、空気(または酸素)は、セパレータ10の溝131〜141,151〜160を方向DR1へ流れる。すなわち、空気(または酸素)は、セパレータ10の表裏面を流れる。   As a result, air (or oxygen) flows through the grooves 131 to 141 and 151 to 160 of the separator 10 in the direction DR1. That is, air (or oxygen) flows on the front and back surfaces of the separator 10.

図5は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。図5を参照して、セパレータ20は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス供給部21と、ガス排出部22と、凸部23,24と、ガス流路部25と、凹部26〜29と、孔31〜34とを備える。   FIG. 5 is a plan view of another separator used in the polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the separator 20 is made of a metal plate such as stainless steel, and includes a gas supply part 21, a gas discharge part 22, convex parts 23 and 24, a gas flow path part 25, and concave parts 26 to 29. And holes 31-34.

セパレータ20は、セパレータ20の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んだ凹部201を有する。そして、ガス供給部21、ガス排出部22、凸部23,24およびガス流路部25は、凹部201に形成される。   The separator 20 has a recess 201 that is recessed from the reference surface 35 of the separator 20 by a depth smaller than 1 mm. And the gas supply part 21, the gas discharge part 22, the convex parts 23 and 24, and the gas flow path part 25 are formed in the recessed part 201. FIG.

ガス供給部21は、孔211〜214と、凸部215〜217とを含む。孔211〜214および凸部215〜217は、セパレータ20の長さ方向における一方端側に配置される。そして、孔211〜214は、セパレータ20を貫通し、セパレータ20の幅方向に直線状に配列される。   The gas supply unit 21 includes holes 211 to 214 and convex portions 215 to 217. The holes 211 to 214 and the convex portions 215 to 217 are arranged on one end side in the length direction of the separator 20. The holes 211 to 214 penetrate the separator 20 and are linearly arranged in the width direction of the separator 20.

また、孔211〜214の各々は、上述したセパレータ10の孔111〜114,121〜124と同じ直径を有する。そして、孔211〜214は、孔111〜114,121〜124と同じ間隔で配置される。   Moreover, each of the holes 211 to 214 has the same diameter as the holes 111 to 114 and 121 to 124 of the separator 10 described above. The holes 211 to 214 are arranged at the same intervals as the holes 111 to 114 and 121 to 124.

凸部215〜217は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部215〜217の上面は、セパレータ20の基準面35に一致する。そして、凸部215〜217は、孔211〜214の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔211,212間、孔212,213間、および孔213,214間に配置される。   The convex portions 215 to 217 protrude from the concave portion 201 by a height smaller than 1 mm. Therefore, the upper surfaces of the convex portions 215 to 217 coincide with the reference surface 35 of the separator 20. And the convex parts 215-217 have the length substantially equal to the diameter of the holes 211-214, and are arrange | positioned between the holes 211 and 212, between the holes 212 and 213, and between the holes 213 and 214, respectively.

ガス排出部22は、孔221〜224と、凸部225〜227とを含む。孔221〜224および凸部225〜227は、セパレータ20の長さ方向における他方端側に配置される。そして、孔221〜224は、セパレータ20を貫通し、セパレータ20の幅方向に直線状に配列される。   The gas discharge part 22 includes holes 221 to 224 and convex parts 225 to 227. The holes 221 to 224 and the convex portions 225 to 227 are arranged on the other end side in the length direction of the separator 20. The holes 221 to 224 penetrate the separator 20 and are linearly arranged in the width direction of the separator 20.

また、孔221〜224の各々は、上述したセパレータ10の孔111〜114,121〜124と同じ直径を有する。そして、孔221〜224は、孔111〜114,121〜124と同じ間隔で配置される。   Each of the holes 221 to 224 has the same diameter as the holes 111 to 114 and 121 to 124 of the separator 10 described above. The holes 221 to 224 are arranged at the same intervals as the holes 111 to 114 and 121 to 124.

凸部225〜227は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部225〜227の上面も、セパレータ20の基準面35に一致する。そして、凸部225〜227は、孔221〜224の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔221,222間、孔222,223間、および孔223,224間に配置される。   The convex portions 225 to 227 protrude from the concave portion 201 by a height smaller than 1 mm. Therefore, the upper surfaces of the convex portions 225 to 227 also coincide with the reference surface 35 of the separator 20. The convex portions 225 to 227 have lengths substantially equal to the diameters of the holes 221 to 224, and are disposed between the holes 221, 222, between the holes 222, 223, and between the holes 223, 224, respectively.

凸部23は、セパレータ20の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部23は、ガス供給部21とガス流路部25との間に配置され、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。   The convex portion 23 is composed of a plurality of convex portions arranged linearly at intervals of millimeter order in the width direction of the separator 20. And the convex part 23 is arrange | positioned between the gas supply part 21 and the gas flow path part 25, and protrudes only the height smaller than 1 mm from the recessed part 201. FIG.

凸部24は、セパレータ20の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部24は、ガス排出部22とガス流路部25との間に配置され、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。
ミリオーダーガス流路部25は、複数の溝251を有する。複数の溝251は、セパレータ20の基準面35に対して1mmよりも小さい深さを有し、ミリオーダーの幅を有する。そして、複数の溝251は、凸部23と凸部24との間に直線状に形成される。隣接する2つの溝251,251間の凸部252は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出しており、セパレータ20の基準面35に一致する。
The convex portion 24 is composed of a plurality of convex portions arranged linearly at intervals of millimeter order in the width direction of the separator 20. And the convex part 24 is arrange | positioned between the gas discharge part 22 and the gas flow path part 25, and protrudes only the height smaller than 1 mm from the recessed part 201. FIG.
The milli-order gas flow path section 25 has a plurality of grooves 251. The plurality of grooves 251 have a depth smaller than 1 mm with respect to the reference surface 35 of the separator 20 and have a width of millimeter order. The plurality of grooves 251 are linearly formed between the convex portion 23 and the convex portion 24. The convex portion 252 between the two adjacent grooves 251 and 251 protrudes from the concave portion 201 by a height smaller than 1 mm, and coincides with the reference surface 35 of the separator 20.

凹部26は、セパレータ20の幅方向において、凸部23の一方端側に配置され、凹部201に接する。凹部27は、セパレータ20の幅方向において、凸部23の他方端側に配置され、凹部201に接する。   The concave portion 26 is disposed on one end side of the convex portion 23 in the width direction of the separator 20 and is in contact with the concave portion 201. The concave portion 27 is disposed on the other end side of the convex portion 23 in the width direction of the separator 20 and is in contact with the concave portion 201.

凹部28は、セパレータ20の幅方向において、凸部24の一方端側に配置され、凹部201に接する。凹部29は、セパレータ20の幅方向において、凸部24の他方端側に配置され、凹部201に接する。   The concave portion 28 is disposed on one end side of the convex portion 24 in the width direction of the separator 20 and is in contact with the concave portion 201. The concave portion 29 is disposed on the other end side of the convex portion 24 in the width direction of the separator 20 and is in contact with the concave portion 201.

そして、凹部26〜29の各々は、セパレータ20の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んでおり、ミリオーダーの幅を有する。   Each of the recesses 26 to 29 is recessed from the reference surface 35 of the separator 20 by a depth smaller than 1 mm, and has a width of millimeter order.

孔31〜34は、セパレータ20の四隅にセパレータ20を貫通するように形成される。そして、孔31〜34の各々は、ミリオーダーの直径を有する。   The holes 31 to 34 are formed at the four corners of the separator 20 so as to penetrate the separator 20. Each of the holes 31 to 34 has a millimeter order diameter.

ガス供給部21は、孔211〜214から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部25に供給する。ガス流路部25は、ガス供給部21から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス供給部21からガス排出部22の方向へ流す。ガス排出部22は、ガス流路部25から水素ガスを受け、その受けた水素ガスを孔221〜224から排出する。   The gas supply unit 21 receives hydrogen gas from the holes 211 to 214 and supplies the received hydrogen gas to the gas flow path unit 25. The gas flow path unit 25 receives hydrogen gas from the gas supply unit 21, and flows the received hydrogen gas from the gas supply unit 21 toward the gas discharge unit 22. The gas discharge unit 22 receives hydrogen gas from the gas flow path unit 25 and discharges the received hydrogen gas from the holes 221 to 224.

孔31〜34は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。   The holes 31 to 34 are holes through which the stack positioning rods are assembled when assembling the polymer electrolyte fuel cell.

セパレータ20が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔31,32,33,34は、それぞれ、セパレータ10の孔16,17,14,15に対向する。また、セパレータ20が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔211〜214は、それぞれ、セパレータ10の孔121〜124に対向し、孔221〜224は、それぞれ、セパレータ10の孔111〜114に対向する。   When the separator 20 is used in a polymer electrolyte fuel cell, the holes 31, 32, 33, and 34 face the holes 16, 17, 14, and 15 of the separator 10, respectively. Further, when the separator 20 is used in a polymer electrolyte fuel cell, the holes 211 to 214 face the holes 121 to 124 of the separator 10, respectively, and the holes 221 to 224 are the holes 111 to 114 of the separator 10, respectively. Opposite to.

図6は、図5に示すセパレータ20の裏面の平面図である。図6を参照して、セパレータ20は、裏面において、凸部201Rと、複数の凹部252Rとを有する。凸部201Rは、図5に示す凹部201に対応するものであり、基準面36から1mmよりも小さい高さだけ突出している。   6 is a plan view of the back surface of the separator 20 shown in FIG. Referring to FIG. 6, separator 20 has a convex portion 201 </ b> R and a plurality of concave portions 252 </ b> R on the back surface. The convex portion 201R corresponds to the concave portion 201 shown in FIG. 5 and protrudes from the reference surface 36 by a height smaller than 1 mm.

複数の凹部252Rは、図5に示す複数の凸部252に対応するものであり、複数の凹部252Rの面は、基準面36に一致する。複数の凹部252Rが形成される結果、複数の凸部251Rが形成される。そして、複数の凸部251Rは、図5に示す複数の溝251に対応する。   The plurality of recesses 252R correspond to the plurality of projections 252 shown in FIG. 5, and the surfaces of the plurality of recesses 252R coincide with the reference plane 36. As a result of forming the plurality of recesses 252R, a plurality of projections 251R are formed. And the some convex part 251R respond | corresponds to the some groove | channel 251 shown in FIG.

図7は、図5に示す凸部23および凹部26,27の拡大図である。図7を参照して、凹部26の一方端26Aと、凹部27の一方端27Aとの距離は、数cmである。平板40は、1mmよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅、および数cmの長さを有する。そして、平板40は、両端が凹部26,27に嵌合するように凸部23上に配置される(図7の(a)参照)。   FIG. 7 is an enlarged view of the convex portion 23 and the concave portions 26 and 27 shown in FIG. Referring to FIG. 7, the distance between one end 26A of recess 26 and one end 27A of recess 27 is several centimeters. The flat plate 40 has a thickness smaller than 1 mm, a width on the order of millimeters, and a length of several centimeters. And the flat plate 40 is arrange | positioned on the convex part 23 so that both ends may fit in the recessed parts 26 and 27 (refer (a) of FIG. 7).

そうすると、凹部201は、セパレータ10の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んでおり、凸部23は、凹部201から1mmよりも小さい高さを有し、平板40は、1mmよりも小さい厚みを有するので、平板40の上面40Aは、セパレータ10の基準面35に一致する。   Then, the concave portion 201 is recessed from the reference surface 35 of the separator 10 by a depth smaller than 1 mm, the convex portion 23 has a height smaller than 1 mm from the concave portion 201, and the flat plate 40 is smaller than 1 mm. Since it has a thickness, the upper surface 40 </ b> A of the flat plate 40 coincides with the reference surface 35 of the separator 10.

なお、凹部28,29にも、平板40と同じ平板が挿入される。   The same flat plate as the flat plate 40 is also inserted into the recesses 28 and 29.

図8は、図1から図7に示すセパレータ10,20を備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。図8を参照して、固体高分子型燃料電池100は、固体高分子電解質膜110と、ガス拡散電極120,130と、セパレータ140,150と、ガスケット160,170とを備える。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a polymer electrolyte fuel cell including the separators 10 and 20 shown in FIGS. Referring to FIG. 8, the polymer electrolyte fuel cell 100 includes a polymer electrolyte membrane 110, gas diffusion electrodes 120 and 130, separators 140 and 150, and gaskets 160 and 170.

ガス拡散電極120は、その一主面に触媒180を担持し、触媒180が固体高分子電解質膜110の一方面に接するように固体高分子電解質膜110の一方側に配置される。また、ガス拡散電極130は、その一主面に触媒190を担持し、触媒190が固体高分子電解質膜110の他方面に接するように固体高分子電解質膜110の他方側に配置される。   The gas diffusion electrode 120 carries a catalyst 180 on one main surface thereof, and is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane 110 so that the catalyst 180 is in contact with one surface of the solid polymer electrolyte membrane 110. The gas diffusion electrode 130 carries a catalyst 190 on one main surface thereof, and is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane 110 so that the catalyst 190 is in contact with the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 110.

セパレータ140は、図5および図6に示すセパレータ20からなり、ガス拡散電極120の一主面(触媒180が担持された一主面と反対側の一主面)に接するように配置される。この場合、図5に示すセパレータ20の面がガス拡散電極120側に向けられる。セパレータ150は、図1および図2に示すセパレータ10からなり、ガス拡散電極130の一主面(触媒190が担持された一主面と反対側の一主面)に接するように配置される。この場合、図1に示すセパレータ10の面がガス拡散電極130側に向けられる。   The separator 140 includes the separator 20 shown in FIGS. 5 and 6 and is disposed so as to be in contact with one main surface of the gas diffusion electrode 120 (one main surface opposite to the one main surface on which the catalyst 180 is supported). In this case, the surface of the separator 20 shown in FIG. 5 is directed to the gas diffusion electrode 120 side. The separator 150 includes the separator 10 shown in FIGS. 1 and 2 and is disposed so as to be in contact with one main surface of the gas diffusion electrode 130 (one main surface opposite to the one main surface on which the catalyst 190 is supported). In this case, the surface of the separator 10 shown in FIG. 1 is directed to the gas diffusion electrode 130 side.

ガスケット160は、固体高分子電解質膜110の外周部とセパレータ140の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ140の外周部を固体高分子電解質膜110の外周部に連結する。ガスケット170は、固体高分子電解質膜110の外周部とセパレータ150の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ150の外周部を固体高分子電解質膜110の外周部に連結する。   The gasket 160 is provided between the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 110 and the outer periphery of the separator 140, and maintains the airtightness to connect the outer periphery of the separator 140 to the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 110. . The gasket 170 is provided between the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 110 and the outer periphery of the separator 150, and maintains the airtightness to connect the outer periphery of the separator 150 to the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 110. .

固体高分子電解質膜110は、たとえば、フッ素系のイオン交換膜からなる。ガス拡散電極120,130の各々は、ガス透過性および導電性を有する多孔体からなる。触媒180,190の各々は、白金(Pt)または白金合金(Pt−Ru)からなる。ガスケット160,170の各々は、フッ素樹脂、バイトンゴム、シリコンゴムおよびエチレンプロピレンゴム等のいずれかからなる。そして、フッ素樹脂は、より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等である。   The solid polymer electrolyte membrane 110 is made of, for example, a fluorine ion exchange membrane. Each of the gas diffusion electrodes 120 and 130 is made of a porous body having gas permeability and conductivity. Each of the catalysts 180 and 190 is made of platinum (Pt) or a platinum alloy (Pt—Ru). Each of the gaskets 160 and 170 is made of any one of fluororesin, Viton rubber, silicon rubber, ethylene propylene rubber, and the like. More specifically, the fluororesin is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), or the like. It is.

図9は、図8に示す固体高分子型燃料電池100を構成する各部品の斜視図である。固体高分子型燃料電池100を構成するセパレータ150、ガスケット170、固体高分子電解質膜110、ガスケット160、およびセパレータ140を、それぞれ、図9の(b),(c),(d),(e),(f)に示す。   FIG. 9 is a perspective view of each component constituting the polymer electrolyte fuel cell 100 shown in FIG. The separator 150, the gasket 170, the solid polymer electrolyte membrane 110, the gasket 160, and the separator 140 constituting the solid polymer fuel cell 100 are respectively replaced with (b), (c), (d), and (e) of FIG. ), (F).

また、固体高分子型燃料電池100は、ガスケット210,230をさらに備える。そして、ガスケット210,230をそれぞれ図9の(a),(g)に示す。   The polymer electrolyte fuel cell 100 further includes gaskets 210 and 230. The gaskets 210 and 230 are shown in FIGS. 9A and 9G, respectively.

ガスケット210は、ガスケット2110,2120からなる。ガスケット2110は、孔2111,2112,2113を有する。孔2111,2112,2113は、ガスケット2110を貫通する。また、ガスケット2120は、孔2121,2122,2123を有する。孔2121,2122,2123は、ガスケット2120を貫通する。   The gasket 210 includes gaskets 2110 and 2120. The gasket 2110 has holes 2111, 2112, and 2113. The holes 2111, 2112, and 2113 pass through the gasket 2110. The gasket 2120 has holes 2121, 2122 and 2123. The holes 2121, 2122 and 2123 pass through the gasket 2120.

そして、孔2111,2113,2121,2123は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔2112,2122は、セパレータ150(10)の孔111〜114,121〜124およびセパレータ140(20)の孔211〜214,221〜224と同じ直径を有する。   The holes 2111, 2113, 2121, 2123 have the same diameter as the holes 14-17 of the separator 150 (10) and the holes 31-34 of the separator 140 (20). The holes 2112 and 2122 have the same diameter as the holes 111 to 114 and 121 to 124 of the separator 150 (10) and the holes 211 to 214 and 221 to 224 of the separator 140 (20).

ガスケット170は、孔171〜177を有する。孔171〜177は、ガスケット170を貫通する。そして、孔171〜174は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔175,176は、セパレータ150(10)の孔14〜17よりも大きい。   The gasket 170 has holes 171 to 177. The holes 171 to 177 penetrate the gasket 170. And the holes 171 to 174 have the same diameter as the holes 14 to 17 of the separator 150 (10) and the holes 31 to 34 of the separator 140 (20). Moreover, the holes 175 and 176 are larger than the holes 14 to 17 of the separator 150 (10).

ガスケット160は、孔161〜167を有する。孔161〜167は、ガスケット160を貫通する。そして、孔161〜164は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔165,166は、ガスケット170の孔175,176と同じ大きさを有する。   The gasket 160 has holes 161 to 167. The holes 161 to 167 pass through the gasket 160. And the holes 161-164 have the same diameter as the holes 14-17 of the separator 150 (10) and the holes 31-34 of the separator 140 (20). The holes 165 and 166 have the same size as the holes 175 and 176 of the gasket 170.

ガスケット230は、孔231〜235を有する。孔231〜235は、ガスケット230を貫通する。そして、孔231〜234は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。   The gasket 230 has holes 231 to 235. The holes 231 to 235 penetrate the gasket 230. The holes 231 to 234 have the same diameter as the holes 14 to 17 of the separator 150 (10) and the holes 31 to 34 of the separator 140 (20).

図10は、図9に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池100の斜視図である。図10を参照して、固体高分子型燃料電池100は、ガスケット210、セパレータ150(10)、ガスケット170、固体高分子電解質膜110、ガスケット160、セパレータ140(20)およびガスゲット230を順次積層した構造を有する。   10 is a perspective view of the polymer electrolyte fuel cell 100 when assembled using the components shown in FIG. Referring to FIG. 10, a polymer electrolyte fuel cell 100 includes a gasket 210, a separator 150 (10), a gasket 170, a solid polymer electrolyte membrane 110, a gasket 160, a separator 140 (20), and a gas get 230, which are sequentially stacked. Has the structure.

そして、孔2111,14,171,161,31,231は、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。また、孔2113,15,172,162,32,232も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2121,16,173,163,33,233も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2123,17,174,164,34,234も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2112,111〜114,175,165,211〜214も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2122,121〜124,176,166,221〜224も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。   The holes 2111, 14, 171, 161, 31, and 231 are linearly arranged in the direction from the gasket 210 to the gasket 230. The holes 2113, 15, 172, 162, 32, and 232 are also arranged in a straight line in the direction from the gasket 210 to the gasket 230. Further, the holes 2121, 16, 173, 163, 33, 233 are also arranged linearly in the direction from the gasket 210 to the gasket 230. Further, the holes 2123, 17, 174, 164, 34, 234 are also arranged linearly in the direction from the gasket 210 to the gasket 230. Further, the holes 2112, 111-114, 175, 165, 211-214 are also arranged linearly in the direction from the gasket 210 to the gasket 230. Further, the holes 2122, 1211 to 124, 176, 166, 221 to 224 are also arranged linearly in the direction from the gasket 210 to the gasket 230.

その結果、セパレータ140(20)のガス供給部21は、孔2112,111〜114,175,165を介して水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部25に供給する。そして、ガス流路部25は、ガスケット160の孔167を介して固体高分子電解質膜110に水素ガスを供給するとともに、余った水素ガスをガス排出部22へ流す。ガス排出部22は、ガス流路部25から受けた水素ガスを孔221〜224を介して排出する。   As a result, the gas supply unit 21 of the separator 140 (20) receives the hydrogen gas through the holes 2112, 111-114, 175, 165 and supplies the received hydrogen gas to the gas flow path unit 25. The gas flow path unit 25 supplies hydrogen gas to the solid polymer electrolyte membrane 110 through the holes 167 of the gasket 160 and causes surplus hydrogen gas to flow to the gas discharge unit 22. The gas discharge unit 22 discharges the hydrogen gas received from the gas flow path unit 25 through the holes 221 to 224.

そして、排出された水素ガスは、孔235,166,176,121〜124,2122を介して流れる。   The discharged hydrogen gas flows through the holes 235, 166, 176, 121-124, and 2122.

一方、空気(または酸素)は、外部からセパレータ150(10)のガス流路部13へ入り、溝131〜141を流れる。溝131〜141は、外部から入って来た空気(または酸素)をガスケット170の孔177を介して固体高分子電解質膜110に供給するとともに、余った空気(または酸素)を外部へ排出する。   On the other hand, air (or oxygen) enters the gas flow path portion 13 of the separator 150 (10) from the outside and flows through the grooves 131-141. The grooves 131 to 141 supply air (or oxygen) that has entered from the outside to the solid polymer electrolyte membrane 110 through the holes 177 of the gasket 170, and discharge excess air (or oxygen) to the outside.

このように、水素ガスは、セパレータ150(10)のガス通過部11を通ってセパレータ140(20)のガス供給部21へ供給されるとともに、セパレータ140(20)のガス排出部22から排出された後、セパレータ150(10)のガス通過部22を通って固体高分子型燃料電池100の厚み方向に流れるので、セパレータ150(10)のガス通過部11,12は、セパレータ150(10)が固体高分子電解質膜110に供給する空気(または酸素)と異なる水素ガスが流れるガス通過部である。   Thus, the hydrogen gas is supplied to the gas supply part 21 of the separator 140 (20) through the gas passage part 11 of the separator 150 (10) and discharged from the gas discharge part 22 of the separator 140 (20). Then, the gas flows through the gas passage 22 of the separator 150 (10) in the thickness direction of the polymer electrolyte fuel cell 100, so that the gas passages 11 and 12 of the separator 150 (10) This is a gas passage portion through which hydrogen gas different from air (or oxygen) supplied to the solid polymer electrolyte membrane 110 flows.

再び、図8を参照して、固体高分子電解質膜110は、触媒180によって分離された電子eと水素イオンHとのうち、水素イオンHのみを触媒190側へ通過させる。ガス拡散電極120は、セパレータ140(20)から供給された水素ガスを触媒180へ拡散させる。触媒180は、ガス拡散電極120に供給された水素ガスを電子eと水素イオンHとに分離する。 Referring to FIG. 8 again, solid polymer electrolyte membrane 110 allows only hydrogen ions H + out of electrons e and hydrogen ions H + separated by catalyst 180 to pass to catalyst 190 side. The gas diffusion electrode 120 diffuses the hydrogen gas supplied from the separator 140 (20) to the catalyst 180. The catalyst 180 separates the hydrogen gas supplied to the gas diffusion electrode 120 into electrons e and hydrogen ions H + .

ガス拡散電極130は、セパレータ150(10)から供給された空気(または酸素)を触媒190へ拡散させる。触媒190は、固体高分子電解質膜110から供給された水素イオンHと、ガス拡散電極130から供給された電子eと空気(または酸素)とを反応させ、水を生成する。 The gas diffusion electrode 130 diffuses air (or oxygen) supplied from the separator 150 (10) to the catalyst 190. The catalyst 190 reacts the hydrogen ions H + supplied from the solid polymer electrolyte membrane 110 with the electrons e supplied from the gas diffusion electrode 130 and air (or oxygen) to generate water.

セパレータ140(20)は、ガス拡散電極120に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝140Aを有する。このガス供給溝140Aは、図5に示す溝251からなる。そして、ガス供給溝140Aは、水素ガスの供給口(=ガス供給部21)および排出口(=ガス排出部22)に繋がっている。したがって、セパレータ140(20)は、ガス供給溝140Aを介して水素ガスをガス拡散電極120に供給する。   The separator 140 (20) has a gas supply groove 140A having a concavo-convex structure on one main surface in contact with the gas diffusion electrode 120. The gas supply groove 140A includes a groove 251 shown in FIG. The gas supply groove 140A is connected to a hydrogen gas supply port (= gas supply unit 21) and a discharge port (= gas discharge unit 22). Accordingly, the separator 140 (20) supplies hydrogen gas to the gas diffusion electrode 120 via the gas supply groove 140A.

セパレータ150(10)は、ガス拡散電極130に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝150Aを有する。このガス供給溝150Aは、図1に示す溝131〜141からなる。そして、ガス供給溝150Aは、固体高分子型燃料電池100の外部に繋がっている。したがって、セパレータ150(10)は、ガス供給溝150Aを介して空気(または酸素)をガス拡散電極130に供給する。   The separator 150 (10) has a gas supply groove 150A having a concavo-convex structure on one main surface in contact with the gas diffusion electrode 130. The gas supply groove 150A includes grooves 131 to 141 shown in FIG. The gas supply groove 150 </ b> A is connected to the outside of the polymer electrolyte fuel cell 100. Therefore, the separator 150 (10) supplies air (or oxygen) to the gas diffusion electrode 130 via the gas supply groove 150A.

固体高分子型燃料電池100が発電する動作について説明する。セパレータ140(20)のガス供給溝140Aを介して水素がガス拡散電極120へ供給されると、ガス拡散電極120は、水素ガスを触媒180へ拡散し、触媒180は、水素を水素イオンHと電子eとに分離する。 An operation of generating power by the polymer electrolyte fuel cell 100 will be described. When hydrogen is supplied to the gas diffusion electrode 120 via the gas supply groove 140A of the separator 140 (20), the gas diffusion electrode 120 diffuses hydrogen gas to the catalyst 180, and the catalyst 180 converts hydrogen to hydrogen ions H +. And electrons e .

そうすると、固体高分子電解質膜110は、触媒180によって分離された水素イオンHおよび電子eのうち、水素イオンHのみを透過して触媒190へ供給する。一方、電子eは、触媒180からガス拡散電極120を介してセパレータ140(20)へ移動し、セパレータ140(20)から外部の負荷(図示せず)を介してセパレータ150(10)へ流れる。そして、セパレータ150(10)は、電子eをガス拡散電極130へ供給する。 Then, the solid polymer electrolyte membrane 110 transmits only the hydrogen ions H + out of the hydrogen ions H + and electrons e separated by the catalyst 180 and supplies them to the catalyst 190. On the other hand, the electrons e move from the catalyst 180 to the separator 140 (20) via the gas diffusion electrode 120 and flow from the separator 140 (20) to the separator 150 (10) via an external load (not shown). . The separator 150 (10) supplies electrons e to the gas diffusion electrode 130.

また、セパレータ150(10)のガス供給溝150Aを介して空気(または酸素)がガス拡散電極130へ供給される。そして、ガス拡散電極130は、空気(または酸素)を触媒190へ拡散し、電子eを触媒190へ供給する。 Air (or oxygen) is supplied to the gas diffusion electrode 130 through the gas supply groove 150A of the separator 150 (10). The gas diffusion electrode 130 diffuses air (or oxygen) into the catalyst 190 and supplies electrons e to the catalyst 190.

そうすると、水素イオンH、空気(または酸素)および電子eは、触媒190の助けを借りて反応し、水になる。 Then, the hydrogen ions H + , air (or oxygen), and electrons e react with the help of the catalyst 190 to become water.

このようにして、固体高分子型燃料電池100は発電する。そして、固体高分子型燃料電池100のセパレータ140(20),150(20)は、上述したように、金属板のプレス成形によって一体的に形成されるので、固体高分子型燃料電池100を低コストで作製できる。   In this way, the polymer electrolyte fuel cell 100 generates electricity. Since the separators 140 (20) and 150 (20) of the polymer electrolyte fuel cell 100 are integrally formed by press molding of a metal plate as described above, the polymer electrolyte fuel cell 100 can be reduced. Can be manufactured at a low cost.

図11は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。図11を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池1000は、燃料電池スタック300と、押込器400と、シール部材410,420,430と、位置決め用棒450,460,470,480とを備える。   FIG. 11 is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, a polymer electrolyte fuel cell 1000 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 300, a pusher 400, seal members 410, 420, 430, positioning rods 450, 460, 470, 480.

燃料電池スタック300は、略直方体の形状を有し、後述するように、複数の単位セルが直列に接続された構造からなる。   The fuel cell stack 300 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a structure in which a plurality of unit cells are connected in series, as will be described later.

押込器400は、固体高分子型燃料電池1000が設置される設置面500側に位置する燃料電池スタック300の側面300A側に配置され、空気(または酸素)を側面300A側から燃料電池スタック300へ押し込む。   The pusher 400 is arranged on the side surface 300A side of the fuel cell stack 300 located on the installation surface 500 side where the polymer electrolyte fuel cell 1000 is installed, and air (or oxygen) is transferred from the side surface 300A side to the fuel cell stack 300. Push in.

シール部材410は、燃料電池スタック300の側面300B(=側面300Aに対向する面)に燃料電池スタック300に接して配置される。そして、シール部材410は、空気(または酸素)が通過するための通過領域410Aを中央部に有する。   The seal member 410 is disposed on the side surface 300B of the fuel cell stack 300 (= the surface facing the side surface 300A) in contact with the fuel cell stack 300. And the sealing member 410 has the passage area | region 410A for air (or oxygen) to pass in a center part.

シール部材420は、燃料電池スタック300の側面300Cに燃料電池スタック300に接して配置される。   The seal member 420 is disposed on the side surface 300 </ b> C of the fuel cell stack 300 in contact with the fuel cell stack 300.

シール部材430は、燃料電池スタック300の側面(=側面300Cに対向する側面)に燃料電池スタック300に接して配置される。   Seal member 430 is arranged on the side surface of fuel cell stack 300 (= the side surface facing side surface 300 </ b> C) in contact with fuel cell stack 300.

そして、シール部材410,420,430は、スポンジゴムまたは樹脂からなる。つまり、シール部材410,420,430は、絶縁材料からなる。   The seal members 410, 420, and 430 are made of sponge rubber or resin. That is, the seal members 410, 420, and 430 are made of an insulating material.

位置決め用棒450,460,470,480は、燃料電池スタック300の2枚の端板310,350を四隅で締め付ける。   The positioning rods 450, 460, 470, 480 fasten the two end plates 310, 350 of the fuel cell stack 300 at the four corners.

図12は、図11に示す線XII−XII間における燃料電池スタック300の断面図である。図12を参照して、燃料電池スタック300は、端板310,350と、絶縁シート311,313と、集電板312,314と、単位セル321〜32n(nは2以上の整数)と、シール部材331〜33n−1,341〜34n−1とを備える。   FIG. 12 is a cross-sectional view of the fuel cell stack 300 taken along line XII-XII shown in FIG. Referring to FIG. 12, fuel cell stack 300 includes end plates 310 and 350, insulating sheets 311 and 313, current collecting plates 312 and 314, unit cells 321 to 32n (n is an integer of 2 or more), Seal members 331 to 33n-1 and 341 to 34n-1 are provided.

端板310,350は、ステンレスまたはアルミニウム合金からなる。絶縁シート311は、端板310に接して配置される。集電板312は、絶縁シート311と、単位セル321との間に配置される。絶縁シート313は、端板350に接して配置される。集電板314は、絶縁シート313と、単位セル32nとの間に配置される。   The end plates 310 and 350 are made of stainless steel or aluminum alloy. The insulating sheet 311 is disposed in contact with the end plate 310. The current collector plate 312 is disposed between the insulating sheet 311 and the unit cell 321. The insulating sheet 313 is disposed in contact with the end plate 350. The current collector plate 314 is disposed between the insulating sheet 313 and the unit cell 32n.

n個の単位セル321〜32nは、集電板312と集電板314との間に直列に配列される。そして、単位セル321〜32nの各々は、図8に示す固体高分子型燃料電池100からなる。なお、図12においては、図8に示すガス拡散電極120,130が省略されている。   The n unit cells 321 to 32n are arranged in series between the current collector plate 312 and the current collector plate 314. Each of the unit cells 321 to 32n includes a polymer electrolyte fuel cell 100 shown in FIG. In FIG. 12, the gas diffusion electrodes 120 and 130 shown in FIG. 8 are omitted.

n個の単位セル321〜32nが直列に配列される場合、単位セル321のセパレータ150(10)は、単位セル322のセパレータ140(20)に接し、単位セル322のセパレータ150(10)は、単位セル323のセパレータ140(20)に接し、以下、同様にして単位セル32n−1のセパレータ150(10)は、単位セル32nのセパレータ140(20)に接する。この場合、セパレータ140(20)の裏面とセパレータ150(10)の裏面とが接する。   When n unit cells 321 to 32n are arranged in series, the separator 150 (10) of the unit cell 321 is in contact with the separator 140 (20) of the unit cell 322, and the separator 150 (10) of the unit cell 322 is The separator 150 (10) of the unit cell 323 contacts the separator 140 (20) of the unit cell 323, and the separator 150 (10) of the unit cell 32n-1 contacts the separator 140 (20) of the unit cell 32n. In this case, the back surface of the separator 140 (20) is in contact with the back surface of the separator 150 (10).

そして、各単位セル321〜32nにおいて、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160は、図12に示す紙面に沿って上下方向に形成されている。   And in each unit cell 321-32n, the some groove | channel 131-141, 151-160 of the separator 150 (= separator 10) is formed in the up-down direction along the paper surface shown in FIG.

上述したように、セパレータ140(=セパレータ20),150(=セパレータ10)は、金属板からなるので、隣接する2つの単位セル(単位セル321,322;322,323;・・・;32n−1,32n)のセパレータ140(20)とセパレータ150(10)とが接するようにn個の単位セル321〜32nを直列に配列することによって、n個の単位セル321〜32nは、電気的に直列に接続される。   As described above, the separators 140 (= separator 20) and 150 (= separator 10) are made of a metal plate, so two adjacent unit cells (unit cells 321, 322; 322, 323;...; 32n− 1, 32n), by arranging n unit cells 321-32n in series so that separator 140 (20) and separator 150 (10) are in contact, n unit cells 321-32n are electrically Connected in series.

シール部材331〜33n−1は、それぞれ、単位セル321のガス供給部21側と単位セル322のガス供給部21側との間、単位セル322のガス供給部21側と単位セル323のガス供給部21側との間、・・・、単位セル32n−1のガス供給部21側と単位セル32nのガス供給部21側との間に配置される。また、シール部材341〜34n−1は、それぞれ、単位セル321のガス排出部22側と単位セル322のガス排出部22側との間、単位セル322のガス排出部22側と単位セル323のガス排出部22側との間、・・・、単位セル32n−1のガス排出部22側と単位セル32nのガス排出部22側との間に配置される。   The seal members 331 to 33n-1 are respectively provided between the gas supply unit 21 side of the unit cell 321 and the gas supply unit 21 side of the unit cell 322, and the gas supply unit 21 side of the unit cell 322 and the gas supply of the unit cell 323. Between the unit 21 side,..., Between the gas supply unit 21 side of the unit cell 32n-1 and the gas supply unit 21 side of the unit cell 32n. Further, the sealing members 341 to 34n-1 are respectively arranged between the gas discharge unit 22 side of the unit cell 321 and the gas discharge unit 22 side of the unit cell 322, between the gas discharge unit 22 side of the unit cell 322 and the unit cell 323. Between the gas discharge unit 22 side,..., Between the gas discharge unit 22 side of the unit cell 32n-1 and the gas discharge unit 22 side of the unit cell 32n.

なお、位置決め用棒450,460,470,480が燃料電池スタック300の2枚の端板310,350を四隅で締め付ける場合、位置決め用棒450は、各単位セル321〜32nの孔234,34,164,174,17,2123を貫通し、位置決め用棒460は、各単位セル321〜32nの孔233,33,163,173,16,2121を貫通し、位置決め用棒470は、各単位セル321〜32nの孔232,32,162,172,15,2113を貫通し、位置決め用棒480は、各単位セル321〜32nの孔231,31,161,171,14,2111を貫通する。   When the positioning rods 450, 460, 470, 480 fasten the two end plates 310, 350 of the fuel cell stack 300 at the four corners, the positioning rod 450 has the holes 234, 34, 164, 174, 17, 2123, the positioning rod 460 penetrates the holes 233, 33, 163, 173, 16, 2121 of the unit cells 321 to 32n, and the positioning rod 470 extends to each unit cell 321. The positioning rod 480 passes through the holes 231, 31, 161, 171, 14, and 2111 of the unit cells 321 to 32 n.

図13は、図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図である。また、図14は、図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池1000の他の平面図である。なお、図14は、図13においてシール部材410を除去したときの平面図である。   FIG. 13 is a plan view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction A shown in FIG. FIG. 14 is another plan view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction A shown in FIG. 14 is a plan view when the seal member 410 is removed in FIG.

図14を参照して、位置決め用棒450,460,470,480によって2枚の端板310,350を締め付けると、端板310,350は、単位セル321〜32nよりも面積が大きいので、端板310,350と単位セル321,32nとの間に隙間が形成される。   Referring to FIG. 14, when the two end plates 310, 350 are tightened by the positioning rods 450, 460, 470, 480, the end plates 310, 350 have larger areas than the unit cells 321-32n. A gap is formed between the plates 310 and 350 and the unit cells 321 and 32n.

すなわち、端板310,350は、4本の位置決め用棒450,460,470,480によって四隅を締結されるので、端板310,350が若干湾曲し、端板310,350の中央部が絶縁シート311,313から離れ、端板310,350と単位セル321,32nとの間に隙間が形成される。   That is, since the end plates 310 and 350 are fastened at the four corners by the four positioning rods 450, 460, 470, and 480, the end plates 310 and 350 are slightly curved, and the center portions of the end plates 310 and 350 are insulated. A gap is formed between the end plates 310 and 350 and the unit cells 321 and 32n apart from the sheets 311 and 313.

この状態で押込器400によって空気(または酸素)を押し込むと、その形成された隙間からも空気(または酸素)を押し込むことになり、空気(または酸素)をセパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給することが困難である。   When air (or oxygen) is pushed in by the pusher 400 in this state, air (or oxygen) is pushed also through the formed gap, and the air (or oxygen) is separated into a plurality of separators 150 (= separator 10). It is difficult to efficiently supply the grooves 131-141, 151-160.

そこで、図13に示すように、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160が形成されていない領域、絶縁シート311,313および集電板312,314を覆うようにシール部材410を設けることによって、端板310,350と単位セル321,32nとの間に形成された隙間を塞ぐことができる。その結果、押込器400が空気(または酸素)を押し込むと、外部の空気(または酸素)は、端板310,350と単位セル321,32nとの間の隙間に流入せず、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160へ流入する。   Therefore, as shown in FIG. 13, the regions where the plurality of grooves 131 to 141 and 151 to 160 of the separator 150 (= the separator 10) are not formed, the insulating sheets 311 and 313, and the current collector plates 312 and 314 are covered. By providing the seal member 410, the gap formed between the end plates 310 and 350 and the unit cells 321 and 32n can be closed. As a result, when the pusher 400 pushes in air (or oxygen), external air (or oxygen) does not flow into the gaps between the end plates 310 and 350 and the unit cells 321 and 32n, and the separator 150 (= It flows into the plurality of grooves 131-141, 151-160 of the separator 10).

したがって、外部から複数の溝131〜141,151〜160へ空気(または酸素)を効率的に供給できる。   Therefore, air (or oxygen) can be efficiently supplied to the plurality of grooves 131 to 141 and 151 to 160 from the outside.

なお、図11に示すB方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図は、図13に示す平面図と同じである。   The plan view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction B shown in FIG. 11 is the same as the plan view shown in FIG.

図15は、図11に示すC方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図である。   FIG. 15 is a plan view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction C shown in FIG.

図15を参照して、シール部材420は、燃料電池スタック300の側面300Cの全面に配置される。シール部材420が配置される側面300C側からはガスを燃料電池スタック300へ供給しないので、シール部材420は、側面300Cを覆うように配置される。   Referring to FIG. 15, the seal member 420 is disposed on the entire side surface 300 </ b> C of the fuel cell stack 300. Since gas is not supplied to the fuel cell stack 300 from the side surface 300C side where the seal member 420 is disposed, the seal member 420 is disposed so as to cover the side surface 300C.

なお、図11に示すD方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図は、図15に示す平面図と同じである。   The plan view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction D shown in FIG. 11 is the same as the plan view shown in FIG.

図16は、図11に示すB方向から見た固体高分子型燃料電池1000の斜視図である。図16を参照して、燃料電池スタック300の側面300Aには、シール部材440が燃料電池スタック300に接して配置されている。   FIG. 16 is a perspective view of the polymer electrolyte fuel cell 1000 viewed from the direction B shown in FIG. Referring to FIG. 16, seal member 440 is arranged in contact with fuel cell stack 300 on side surface 300 </ b> A of fuel cell stack 300.

シール部材440は、シール部材410,420,430と同じ材料からなり、シール部材410と同様に、空気(または酸素)が通過するための通過領域440Aを中央部に有する。   The seal member 440 is made of the same material as the seal members 410, 420, and 430, and has a passage region 440 </ b> A for allowing air (or oxygen) to pass therethrough in the center as in the case of the seal member 410.

押込器400は、シール部材440に対向するように配置され、シール部材440の通過領域440Aを介して、単位セル321〜32nのセパレータ150(=セパレータ10)に空気(または酸素)を押し込む。   The pusher 400 is disposed so as to face the seal member 440, and pushes air (or oxygen) into the separator 150 (= separator 10) of the unit cells 321 to 32n via the passage region 440A of the seal member 440.

したがって、押込器400は、端板310,350と単位セル321,32nとの間の隙間を介して空気(または酸素)を押し込まず、通過領域440Aを介して空気(または酸素)を押し込むので、側面300A側の空気(または酸素)は、単位セル321〜32nのセパレータ150(=セパレータ10)を介して側面300B側へ流れる。その結果、外部から複数の溝131〜141,151〜160へ空気(または酸素)をさらに効率的に供給できる。   Therefore, the pusher 400 does not push air (or oxygen) through the gap between the end plates 310 and 350 and the unit cells 321 and 32n, but pushes air (or oxygen) through the passage region 440A. The air (or oxygen) on the side surface 300A flows to the side surface 300B side through the separator 150 (= separator 10) of the unit cells 321 to 32n. As a result, air (or oxygen) can be more efficiently supplied from the outside to the plurality of grooves 131 to 141 and 151 to 160.

上述したように、固体高分子型燃料電池1000においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材410,420,430,440が配置されているので、外部の空気(または酸素)を複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給できるとともに、複数の単位セル321〜32nで発生した熱をシール部材410,420,430,440を介して外部へ放出でき、燃料電池スタック300の放熱効果を高くできる。   As described above, in the polymer electrolyte fuel cell 1000, since the seal members 410, 420, 430, and 440 are disposed at portions other than the end plates 310 and 350 of the fuel cell stack 300, external air (or Oxygen) can be efficiently supplied to the plurality of grooves 131 to 141, 151 to 160, and heat generated in the plurality of unit cells 321 to 32n can be released to the outside through the seal members 410, 420, 430, and 440, The heat dissipation effect of the fuel cell stack 300 can be enhanced.

図17は、燃料電池スタック300内で生成された水滴に作用する力の概念図である。図17を参照して、空気(または酸素)が燃料電池スタック300に供給された場合、水滴600が燃料電池スタック300内で生成される。   FIG. 17 is a conceptual diagram of forces acting on water droplets generated in the fuel cell stack 300. Referring to FIG. 17, when air (or oxygen) is supplied to fuel cell stack 300, water droplets 600 are generated in fuel cell stack 300.

そして、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、燃料電池スタック300内における空気(または酸素)の流れによる力F1を側面300Aから側面300Bへ向かう方向に受け、重力F2を側面300Bから側面300Aへ向かう方向に受ける(図17の(a)参照)。   When air (or oxygen) is pushed into the fuel cell stack 300 from the side surface 300A (= the installation surface side of the fuel cell stack 300) by the pusher 400, water droplets 600 generated in the fuel cell stack 300 A force F1 due to the flow of air (or oxygen) in the stack 300 is received in a direction from the side surface 300A to the side surface 300B, and gravity F2 is received in a direction from the side surface 300B to the side surface 300A (see FIG. 17A).

一方、空気(または酸素)を側面300Bから燃料電池スタック300に供給した場合、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、燃料電池スタック300内における空気(または酸素)の流れによる力F1、および重力F2を側面300Bから側面300Aへ向かう方向に受ける(図17の(b)参照)。   On the other hand, when air (or oxygen) is supplied from the side surface 300 </ b> B to the fuel cell stack 300, the water droplet 600 generated in the fuel cell stack 300 causes a force F <b> 1 due to the flow of air (or oxygen) in the fuel cell stack 300, And gravity F2 is received in the direction from the side surface 300B toward the side surface 300A (see FIG. 17B).

その結果、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合の方が燃料電池スタック300内に留まり易くなる。   As a result, the water droplets 600 generated in the fuel cell stack 300 are pushed when the air (or oxygen) is pushed into the fuel cell stack 300 from the side surface 300A (= the installation surface side of the fuel cell stack 300) by the pusher 400. Tends to stay in the fuel cell stack 300.

図18は、燃料電池スタック300内における水滴の動向を示す概念図である。図18を参照して、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合、水滴600は、各単位セル321〜32n内に留まり易くなる。   FIG. 18 is a conceptual diagram showing a trend of water droplets in the fuel cell stack 300. Referring to FIG. 18, when air (or oxygen) is pushed into fuel cell stack 300 from side surface 300 </ b> A (= the installation surface side of fuel cell stack 300) by pusher 400, water droplets 600 are unit cells 321 to 32n. It becomes easier to stay inside.

そして、各単位セル321〜32n内に留まった水滴600は、押込器400によって押し込まれた空気(または酸素)の流れにより、固体高分子電解質膜110に供給され易くなる。その結果、固体高分子電解質膜110は、供給された水分によって湿潤される。   The water droplet 600 remaining in each of the unit cells 321 to 32n is easily supplied to the solid polymer electrolyte membrane 110 by the flow of air (or oxygen) pushed in by the pusher 400. As a result, the solid polymer electrolyte membrane 110 is wetted by the supplied moisture.

したがって、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込むことにより、燃料電池スタック300の性能を向上できる。   Therefore, the performance of the fuel cell stack 300 can be improved by pushing air (or oxygen) into the fuel cell stack 300 from the side surface 300A (= the installation surface side of the fuel cell stack 300) by the pusher 400.

表1に固体高分子型燃料電池1000の特性を示す。   Table 1 shows the characteristics of the polymer electrolyte fuel cell 1000.

Figure 2011003377
Figure 2011003377

表1は、空気の流れる方向を下(側面300A側)→上(側面300B側)と固定し、空気の供給方法を押込と吸引とに変えた場合の単位セルのセル電圧の実験値を示す。   Table 1 shows the experimental value of the cell voltage of the unit cell when the air flow direction is fixed from the bottom (side surface 300A side) to the top (side surface 300B side) and the air supply method is changed to pushing and suction. .

表1に示すように、8.3%および6.2%の両方の空気利用率において、セル電圧は、空気を燃料電池スタック300に押し込んだ方が空気を吸引した場合よりも高くなる。   As shown in Table 1, at both 8.3% and 6.2% air utilization, the cell voltage is higher when air is pushed into the fuel cell stack 300 than when air is sucked.

したがって、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込むことにより、燃料電池スタック300の性能が向上することが実験的に示された。   Therefore, it is experimentally shown that the performance of the fuel cell stack 300 is improved by pushing air (or oxygen) into the fuel cell stack 300 from the side surface 300A (= the installation surface side of the fuel cell stack 300) by the pusher 400. It was done.

上述したように、固体高分子型燃料電池1000においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材410,420,430,440が配置されており、押込器400によって空気(または酸素)を燃料電池スタック300の設置面側から燃料電池スタック300に供給するので、外部の空気(または酸素)を複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給できるとともに、燃料電池スタック300の性能を向上できる。   As described above, in the polymer electrolyte fuel cell 1000, the seal members 410, 420, 430, and 440 are disposed at portions other than the end plates 310 and 350 of the fuel cell stack 300, and air ( Or oxygen) is supplied to the fuel cell stack 300 from the installation surface side of the fuel cell stack 300, so that external air (or oxygen) can be efficiently supplied to the plurality of grooves 131-141, 151-160, and the fuel cell. The performance of the stack 300 can be improved.

また、上述したように、セパレータ150(10)の裏面がセパレータ140(20)の裏面と接触し、セパレータ150(10)は、空気(または酸素)を流すための溝131〜141,151〜160が表面および裏面に形成されているため、燃料電池スタック300においては、セパレータ150(10)は、隣接する2つの単位セルを冷却する。したがって、セパレータ140(10)を用いることによって、燃料電池スタック300の冷却効果を高くでき、その結果、固体高分子型燃料電池1000の特性を向上できる。   Further, as described above, the back surface of the separator 150 (10) is in contact with the back surface of the separator 140 (20), and the separator 150 (10) has grooves 131 to 141 and 151 to 160 for flowing air (or oxygen). Are formed on the front surface and the back surface, the separator 150 (10) cools two adjacent unit cells in the fuel cell stack 300. Therefore, by using the separator 140 (10), the cooling effect of the fuel cell stack 300 can be enhanced, and as a result, the characteristics of the polymer electrolyte fuel cell 1000 can be improved.

さらに、上述したように、セパレータ10は、金属板をプレス成形することによって作製されるので、ガス通過部11,12、およびガス流路部13を有するセパレータ10を低コストで作製できる。   Furthermore, as described above, since the separator 10 is manufactured by press-molding a metal plate, the separator 10 having the gas passage portions 11 and 12 and the gas flow path portion 13 can be manufactured at low cost.

さらに、この発明による固体高分子型燃料電池1000は、セパレータ10を備えるので、固体高分子型燃料電池1000を低コストで作製できる。   Furthermore, since the polymer electrolyte fuel cell 1000 according to the present invention includes the separator 10, the polymer electrolyte fuel cell 1000 can be manufactured at low cost.

なお、セパレータ10は、ステンレス鋼に限らず、硫酸に対して耐腐食性を有する金属板から成っていればよい。   The separator 10 is not limited to stainless steel, and may be made of a metal plate having corrosion resistance against sulfuric acid.

また、上記においては、セパレータ10は、ジグザグ状に形成された複数の溝131〜141,151〜160を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、セパレータ10は、一般的には、直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていればよく、複数の溝の形状は、どのような形状であってもよい。直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていれば、固体高分子型燃料電池1000の冷却効果を向上できるとともに、固体高分子電解質膜110へ空気(または酸素)を効率的に供給して固体高分子型燃料電池1000の特性を向上できるからである。   In the above description, the separator 10 includes a plurality of grooves 131 to 141 and 151 to 160 formed in a zigzag shape. However, in the present invention, the separator 10 is not limited to this. Need only include a plurality of grooves having a length longer than the length of the linear groove, and the shape of the plurality of grooves may be any shape. If a plurality of grooves having a length longer than the length of the linear groove is provided, the cooling effect of the polymer electrolyte fuel cell 1000 can be improved, and air (or oxygen) is supplied to the polymer electrolyte membrane 110. This is because the characteristics of the polymer electrolyte fuel cell 1000 can be improved by efficient supply.

さらに、上記においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材が設けられると説明したが、この発明においては、これに限らず、固体高分子型燃料電池1000においては、少なくともシール部材440が設けられていればよい。また、固体高分子型燃料電池1000においては、少なくともシール部材440と、シール部材420,430の少なくとも一方が設けられていればよい。   Further, in the above description, the seal member is provided in a portion other than the end plates 310 and 350 of the fuel cell stack 300. However, in the present invention, the solid polymer fuel cell 1000 is not limited thereto. It is sufficient that at least the seal member 440 is provided. In the polymer electrolyte fuel cell 1000, at least the seal member 440 and at least one of the seal members 420 and 430 may be provided.

さらに、この発明による固体高分子型燃料電池1000は、自動車に代表される各種移動体、家庭用電源およびおよびパーソナルコンピュータの電源等に用いられる。   Furthermore, the polymer electrolyte fuel cell 1000 according to the present invention is used for various moving bodies represented by automobiles, household power supplies, and personal computer power supplies.

さらに、この発明においては、シール部材440は、「第1のシール部材」を構成し、シール部材410は、「第2のシール部材」を構成する。   Furthermore, in this invention, the seal member 440 constitutes a “first seal member”, and the seal member 410 constitutes a “second seal member”.

さらに、この発明においては、シール部材420,430は、「他のシール部材」を構成し、シール部材420は、「第3のシール部材」を構成し、シール部材430は、「第4のシール部材」を構成する。   Further, in the present invention, the seal members 420 and 430 constitute “another seal member”, the seal member 420 constitutes a “third seal member”, and the seal member 430 constitutes “the fourth seal member”. "Member".

さらに、この発明においては、空気(または酸素)は、「酸化剤ガス」を構成し、水素ガスは、「還元剤ガス」を構成する。   Further, in the present invention, air (or oxygen) constitutes “oxidant gas”, and hydrogen gas constitutes “reducing agent gas”.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池に適用される。   The present invention is applied to a polymer electrolyte fuel cell capable of efficiently supplying air to the separator from the outside and capable of improving performance.

10,20,140,150 セパレータ、11,12 ガス通過部、13,25 ガス流路部、21 ガス供給部、22 ガス排出部、14〜17,31〜34,111〜114,121〜124,161〜167,171〜177,211〜214,221〜224,231〜235,2111〜2113,2121〜2123 孔、18,19,35,36 基準面、23,24,131A〜141A,215〜217,225〜227,252 凸部、26〜29 凹部、30,40 平板、30A,40A 上面、300 燃料電池スタック、110 固体高分子電解質膜、120,130 ガス拡散電極、131〜143,251 溝、160,170,210,230 ガスケット、180,190 触媒、310,350 端板、311,313 絶縁シート、312,314 集電板、321〜32n 単位セル、331〜33n−1,341〜34n−1,410,420,430,440 シール部材、400 押込器、450,460,470,480 位置決め用棒、600 水滴、1000 固体高分子型燃料電池。   10, 20, 140, 150 Separator, 11, 12 Gas passage part, 13, 25 Gas flow path part, 21 Gas supply part, 22 Gas discharge part, 14-17, 31-34, 111-114, 121-124, 161-167, 171-177, 211-214, 221-224, 231-235, 2111-1213, 2121-2123 hole, 18, 19, 35, 36 reference plane, 23, 24, 131A-141A, 215-217 , 225 to 227, 252 convex part, 26 to 29 concave part, 30, 40 flat plate, 30A, 40A upper surface, 300 fuel cell stack, 110 solid polymer electrolyte membrane, 120, 130 gas diffusion electrode, 131-143, 251 groove, 160, 170, 210, 230 Gasket, 180, 190 Catalyst, 310, 350 End plate, 311 313 Insulation sheet, 312, 314 Current collector, 321-32n Unit cell, 331-33n-1, 341-34n-1, 410, 420, 430, 440 Seal member, 400 Pusher, 450, 460, 470, 480 Positioning rod, 600 water droplets, 1000 polymer electrolyte fuel cell.

Claims (8)

略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、
前記直方体の第1の面から前記第1の面に対向する第2の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続された複数の単位セルと、
前記第1の面から前記第2の面へ向かう方向において、前記複数の単位セルを両側から挟持する第1および第2の端板と、
当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する前記直方体の第3の面側に配置され、前記酸化剤ガスを前記複数の単位セルに押し込む押込器と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に少なくとも配置されるとともに、前記酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなるシール部材とを備え、
前記複数の単位セルの各々は、
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給する第1のセパレータと、
前記固体高分子電解質膜の他方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する第2のセパレータとを含み、
前記第1のセパレータは、
前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、
前記ガス流路部と一体に成形され、前記固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含み、
前記ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含み、
隣接する第1および第2の単位セルは、前記第1の単位セルに含まれる前記第2のセパレータと前記第2の単位セルに含まれる前記第1のセパレータとによって直列に接続されている、固体高分子型燃料電池。
A stack type solid polymer fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped shape,
A plurality of unit cells stacked in a direction from the first surface of the rectangular parallelepiped toward the second surface opposite to the first surface, and connected in series;
First and second end plates for sandwiching the plurality of unit cells from both sides in a direction from the first surface to the second surface;
A pusher disposed on the third surface side of the rectangular parallelepiped located on the installation surface side where the solid polymer fuel cell is installed, and for pushing the oxidant gas into the plurality of unit cells;
A seal member made of an insulating material, at least arranged on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and having a passage region for the oxidant gas to pass therethrough in a central portion;
Each of the plurality of unit cells is
A solid polymer electrolyte membrane;
A first separator disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane and supplying the oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane;
A second separator disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane and supplying a reducing agent gas to the solid polymer electrolyte membrane;
The first separator is
A gas flow path for supplying the oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane;
A gas passage part that is molded integrally with the gas flow path part and through which a reducing agent gas supplied to the solid polymer electrolyte membrane passes,
The gas flow path portion includes a plurality of grooves having a length longer than the length of the groove formed in a straight line,
Adjacent first and second unit cells are connected in series by the second separator included in the first unit cell and the first separator included in the second unit cell. Solid polymer fuel cell.
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第1のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面に対向する第4の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第2のシール部材とを含む、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
The sealing member is
A first seal member that is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, has the passage region in a central portion, and is made of an insulating material;
And a second seal member that is disposed on a fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, and that has the passage region in a central portion and is made of an insulating member. 2. The polymer electrolyte fuel cell according to 1.
前記還元剤ガスが前記第2のセパレータを流れる方向において前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる他のシール部材をさらに備え、
前記還元剤ガスは、前記酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
The reductant gas is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells in the direction in which the second separator flows, and further includes another sealing member made of an insulating material,
The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the reducing agent gas flows in a direction substantially orthogonal to a direction in which the oxidizing gas flows.
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第3のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第4のシール部材とを含む、請求項3に記載の固体高分子型燃料電池。
The other sealing member is
A third seal member made of an insulating material and disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells;
4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, further comprising: a fourth seal member made of an insulating material and disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells.
前記シール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第1のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面に対向する第4の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第2のシール部材とを含み、
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第3のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第4のシール部材とを含む、請求項3に記載の固体高分子型燃料電池。
The sealing member is
A first seal member that is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, has the passage region in a central portion, and is made of an insulating material;
A second seal member that is disposed on the fourth surface side in contact with the plurality of unit cells and that faces the third surface, has the passage region in a central portion, and includes a second seal member made of an insulating member;
The other sealing member is
A third seal member made of an insulating material and disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells;
4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, further comprising: a fourth seal member made of an insulating material and disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells.
前記第1のセパレータの複数の溝の各々は、前記酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の固体高分子型燃料電池。   6. The solid polymer fuel according to claim 1, wherein each of the plurality of grooves of the first separator has a zigzag shape in a direction in which the oxidant gas flows. battery. 前記ガス流路部および前記ガス通過部は、金属板からなり、
前記第1のセパレータの複数の溝は、前記ガス流路部を構成する前記金属板の表裏面に形成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の固体高分子型燃料電池。
The gas flow path part and the gas passage part are made of a metal plate,
7. The solid polymer type according to claim 1, wherein the plurality of grooves of the first separator are formed on front and back surfaces of the metal plate constituting the gas flow path portion. Fuel cell.
前記金属板は、ステンレス鋼からなる、請求項7に記載の固体高分子型燃料電池。   The solid polymer fuel cell according to claim 7, wherein the metal plate is made of stainless steel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022037045A (en) * 2014-03-31 2022-03-08 インテリジェント エナジー リミテッド Fuel battery cooling plate

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