JP2011253670A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2011253670A
JP2011253670A JP2010125796A JP2010125796A JP2011253670A JP 2011253670 A JP2011253670 A JP 2011253670A JP 2010125796 A JP2010125796 A JP 2010125796A JP 2010125796 A JP2010125796 A JP 2010125796A JP 2011253670 A JP2011253670 A JP 2011253670A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction gas
flow path
fuel cell
gas flow
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010125796A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5577156B2 (en
Inventor
Hiroaki Ota
広明 太田
Chikara Iwasawa
力 岩澤
Hiromichi Yoshida
弘道 吉田
Akira Jinba
亮 神馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2010125796A priority Critical patent/JP5577156B2/en
Publication of JP2011253670A publication Critical patent/JP2011253670A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5577156B2 publication Critical patent/JP5577156B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize quick stabilization of power generation especially at initiation.SOLUTION: A fuel cell 10 includes: an electrolyte membrane-electrode structure 12; a first metal separator 14; and a second metal separator 16. An oxidizer gas passage 30 is provided in the first metal separator 14. A fuel gas passage 34 is provided in the second metal separator 16. The oxidizer gas passage 30 is provided with a plurality of oxidizer gas passage grooves 30a. At least one of the oxidizer gas passage grooves 30a constitutes a passage part 33 for initiation through which oxidizer gas reaches an oxidizer gas outlet communication hole from an oxidizer gas inlet communication hole faster than through the other oxidizer gas passage grooves 30a.

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・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が形成されるとともに、前記反応ガスを前記セパレータの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池に関する。   In the present invention, an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed along the electrode surface, and the reaction gas is The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas inlet communication hole and a reaction gas outlet communication hole that are circulated in the stacking direction of the separator are formed.

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、一対の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、車載用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 provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、一方の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)が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、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)が設けられている。さらに、各燃料電池毎又は複数の燃料電池毎に、電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って形成されている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel (reactive gas channel) for flowing fuel gas is provided in the surface of one separator so as to face the anode side electrode, and in the surface of the other separator, An oxidant gas flow path (reaction gas flow path) for flowing an oxidant gas is provided facing the cathode side electrode. Further, for each fuel cell or for each of the plurality of fuel cells, a coolant flow path for flowing the coolant in the electrode range is formed along the surface direction of the separator.

燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する反応ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が内部に設けられる、所謂、内部マニホールド燃料電池型を構成する場合がある。例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックは、図12に示すように、単位セル1を備えるとともに、前記単位セル1は、膜電極構造体2の両面にセパレータ3a、3bが配置されている。   The fuel cell may constitute a so-called internal manifold fuel cell type in which reaction gas communication holes and cooling medium communication holes penetrating in the separator stacking direction are provided inside. For example, as shown in FIG. 12, the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 includes a unit cell 1, and the unit cell 1 includes separators 3 a and 3 b disposed on both surfaces of a membrane electrode structure 2. ing.

単位セル1の長手方向上端部には、流体連通孔である燃料ガス供給口4a及び酸化剤ガス供給口5aが積層方向に貫通して設けられるとともに、前記単位セル1の長手方向下端部には、流体連通孔である燃料ガス排出口4b及び酸化剤ガス排出口5bが、積層方向に貫通形成されている。単位セル1の短手方向両端部には、流体連通孔である4つの冷却水供給口6aと、4つの冷却水排出口6bとが鉛直方向に配列されている。   A fuel gas supply port 4a and an oxidant gas supply port 5a, which are fluid communication holes, are provided at the upper end in the longitudinal direction of the unit cell 1 so as to penetrate in the stacking direction, and at the lower end in the longitudinal direction of the unit cell 1 The fuel gas discharge port 4b and the oxidant gas discharge port 5b, which are fluid communication holes, are formed penetrating in the stacking direction. At both ends in the short direction of the unit cell 1, four cooling water supply ports 6a and four cooling water discharge ports 6b, which are fluid communication holes, are arranged in the vertical direction.

セパレータ3aの膜電極構造体2に対向する面には、燃料ガス供給口4aと燃料ガス排出口4bとに連通し、長手方向に延在する波状の複数の燃料ガス流路7aが形成されている。セパレータ3bの膜電極構造体2に対抗する面には、酸化剤ガス供給口5aと酸化剤ガス排出口5bとに連通し、長手方向に延在する波状の複数の酸化剤ガス流路8aが形成されている。   A surface of the separator 3a facing the membrane electrode structure 2 is formed with a plurality of undulating fuel gas passages 7a that communicate with the fuel gas supply port 4a and the fuel gas discharge port 4b and extend in the longitudinal direction. Yes. On the surface of the separator 3b facing the membrane electrode structure 2, there are a plurality of undulating oxidant gas channels 8a communicating with the oxidant gas supply port 5a and the oxidant gas discharge port 5b and extending in the longitudinal direction. Is formed.

単位セル1同士が積層されることにより、一方の単位セル1を構成するセパレータ3aと、他方の単位セル1を構成するセパレータ3bとの間には、冷却水流路が形成される。この冷却水流路は、燃料ガス流路7aの裏面側の溝形状7bと、酸化剤ガス流路8aの裏面側の溝形状8bとが重なり合うことにより、短手方向(水平方向)に冷却水の流れを許容して冷却水供給口6aと冷却水排出口6bとを連通している。   By laminating the unit cells 1, a cooling water flow path is formed between the separator 3 a configuring one unit cell 1 and the separator 3 b configuring the other unit cell 1. This cooling water flow path is formed by overlapping the groove shape 7b on the back surface side of the fuel gas flow path 7a and the groove shape 8b on the back surface side of the oxidant gas flow path 8a so that the cooling water flows in the short direction (horizontal direction). Allowing the flow, the cooling water supply port 6a and the cooling water discharge port 6b communicate with each other.

セパレータ3a、3bの冷却水流路側の面には、燃料ガス供給口4a及び燃料ガス排出口4bをそれぞれ周回してシールする第1シール部9aと、酸化剤ガス供給口5a及び酸化剤ガス排出口5bをそれぞれ周回してシールする第2シール部9bとが設けられている。セパレータ3a、3bの膜電極構造体2に対向する面には、冷却水供給口6a及び冷却水排出口6bをそれぞれ周回してシールする第3シール部9cが設けられている。第1シール部9a、第2シール部9b及び第3シール部9cは、同一の断面積に設定されており、金属製のセパレータ3a、3bに一体成形されている。   On the surface of the separators 3a and 3b on the cooling water flow path side, a first seal portion 9a that surrounds and seals the fuel gas supply port 4a and the fuel gas discharge port 4b, and an oxidant gas supply port 5a and an oxidant gas discharge port. A second seal portion 9b that surrounds and seals 5b is provided. A surface of the separators 3a and 3b facing the membrane electrode structure 2 is provided with a third seal portion 9c that surrounds and seals the cooling water supply port 6a and the cooling water discharge port 6b. The first seal portion 9a, the second seal portion 9b, and the third seal portion 9c are set to have the same cross-sectional area, and are integrally formed with the metal separators 3a and 3b.

特開2007−141552号公報JP 2007-141552 A

上記の特許文献1では、例えば、膜電極構造体2のアノード側電極に燃料ガスを供給するために、波状の複数の燃料ガス流路7aが設けられている。このため、発電面全体に燃料ガスが到達するまでに時間がかかってしまい、特に燃料電池車両が急加速された際には、十分な発電電力を得ることができないという問題がある。   In the above-mentioned Patent Document 1, for example, in order to supply fuel gas to the anode side electrode of the membrane electrode structure 2, a plurality of wavy fuel gas flow paths 7a are provided. For this reason, it takes time for the fuel gas to reach the entire power generation surface, and there is a problem that sufficient generated power cannot be obtained particularly when the fuel cell vehicle is accelerated rapidly.

特に、燃料電池起動時には、燃料ガス流路7aには、空気が存在している。従って、燃料ガス供給口4aから燃料ガス流路7aの上部にのみ燃料ガスが供給されている状況下で、発電されると、発電可能領域が小さくて発電状態が不安定になってしまう。しかも、電位が安定するまでに時間がかかり、高電位に曝されることによる劣化のおそれがある。   In particular, when the fuel cell is started, air is present in the fuel gas passage 7a. Therefore, when power is generated in a state where fuel gas is supplied only from the fuel gas supply port 4a to the upper part of the fuel gas flow path 7a, the power generation possible region is small and the power generation state becomes unstable. Moreover, it takes time for the potential to stabilize, and there is a risk of deterioration due to exposure to a high potential.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、特に起動時における迅速な発電の安定化を図る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 an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of achieving rapid stabilization of power generation particularly at the time of startup.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・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が形成されるとともに、前記反応ガスを前記セパレータの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池に関するものである。   In the present invention, an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed along the electrode surface, and the reaction gas is The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas inlet communication hole and a reaction gas outlet communication hole that are circulated in the stacking direction of the separator are formed.

この燃料電池では、反応ガス流路が複数の反応ガス流路溝を有するとともに、少なくとも1つの前記反応ガス流路溝は、反応ガスが反応ガス入口連通孔から反応ガス出口連通孔に向かって他の反応ガス流路溝よりも速く到達する起動用流路部を構成している。   In this fuel cell, the reaction gas flow path has a plurality of reaction gas flow path grooves, and at least one of the reaction gas flow path grooves is formed such that the reaction gas is directed from the reaction gas inlet communication hole toward the reaction gas outlet communication hole. The starting flow path portion that reaches faster than the reaction gas flow path groove is formed.

また、この燃料電池では、起動用流路部が、他の反応ガス流路溝よりも圧力損失の小さな部位を有することが好ましい。   Moreover, in this fuel cell, it is preferable that the starting flow path portion has a portion having a smaller pressure loss than the other reaction gas flow path grooves.

さらに、この燃料電池では、電極がガス拡散層を有し、前記ガス拡散層は、起動用流路部に配置される部位の厚さが、他の反応ガス流路溝に配置される部位の厚さよりも小さく設定されることが好ましい。   Further, in this fuel cell, the electrode has a gas diffusion layer, and the gas diffusion layer has a thickness of a portion arranged in the activation flow passage portion of a portion arranged in another reaction gas flow passage groove. It is preferable to set it smaller than the thickness.

さらにまた、この燃料電池では、起動用流路部が互いに隣接する複数の波状の反応ガス流路溝を有し、互いに隣接する前記反応ガス流路溝には、反応ガスをそれぞれの前記反応ガス流路溝に導入させるための分岐部が設けられることが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell, the start-up flow path portion has a plurality of wave-like reaction gas flow path grooves adjacent to each other, and the reaction gas flows into the reaction gas flow path grooves adjacent to each other. It is preferable to provide a branching portion for introducing into the channel groove.

また、反応ガスは、燃料ガスであることが好ましい。   The reactive gas is preferably a fuel gas.

本発明によれば、起動用流路部に導入された反応ガスは、他の反応ガス流路溝に導入された反応ガスよりも速く、反応ガス出口連通孔に到達することができる。このため、反応ガスは、発電面内の広範囲に対してより速く到達し、急加速時等にも前記発電面内全体で発電を行うことが可能になる。従って、起動直後に、発電の安定化が迅速に遂行され、燃料電池の電位が良好に安定化するとともに、高電位に曝される時間が短縮され、劣化の抑制が確実に行われる。   According to the present invention, the reaction gas introduced into the start-up flow channel portion can reach the reaction gas outlet communication hole faster than the reaction gas introduced into the other reaction gas flow channel grooves. For this reason, the reactive gas reaches a wider area within the power generation surface more quickly, and power generation can be performed throughout the power generation surface even during rapid acceleration. Therefore, immediately after the start-up, stabilization of power generation is performed quickly, the potential of the fuel cell is stabilized well, the time of exposure to a high potential is shortened, and deterioration is reliably suppressed.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成する第1金属セパレータの正面の説明図である。It is explanatory drawing of the front of the 1st metal separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2金属セパレータの正面の説明図である。It is explanatory drawing of the front of the 2nd metal separator which comprises the said fuel cell. 本発明と比較例との時間と電位との関係説明図である。It is relationship explanatory drawing of time and electric potential of this invention and a comparative example. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the reaction gas flow path which comprises the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the reaction gas flow path which comprises the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the reaction gas flow path which comprises the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the reaction gas flow path which comprises the fuel cell which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図10中、XI−XI線断面説明図である。FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell taken along line XI-XI in FIG. 10. 特許文献1に開示されている単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell currently disclosed by patent document 1. FIG.

図1及び図2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、矢印A方向(水平方向)に複数積層されることにより、燃料電池スタック11を構成する。燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持する第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of fuel cells 10 according to the first embodiment of the present invention are stacked in the direction of arrow A (horizontal direction) to constitute a fuel cell stack 11. The fuel cell 10 includes an electrolyte membrane / electrode structure 12, and a first metal separator 14 and a second metal separator 16 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12.

第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16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金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。   The first metal separator 14 and the second metal separator 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface has been subjected to anticorrosion treatment. The first metal separator 14 and the second metal separator 16 have a rectangular planar shape, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape.

なお、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16に代えて、例えば、第1カーボンセパレータ(図示せず)及び第2カーボンセパレータ(図示せず)を使用してもよい。   In place of the first metal separator 14 and the second metal separator 16, for example, a first carbon separator (not shown) and a second carbon separator (not shown) may be used.

図1に示すように、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、縦長形状(長方形状)を有するとともに、長辺が重力方向(矢印C方向)に向かい且つ短辺が水平方向(矢印B方向)に向かう(水平方向の積層)ように構成される。なお、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、長辺が水平方向に向かい且つ短辺が重力方向に向かうように構成してもよく、また、セパレータ面が水平方向に向かう(鉛直方向の積層)ように構成してもよい。   As shown in FIG. 1, the first metal separator 14 and the second metal separator 16 have a vertically long shape (rectangular shape), the long side is directed in the direction of gravity (arrow C direction), and the short side is horizontal (arrow). B direction) (horizontal stacking). The first metal separator 14 and the second metal separator 16 may be configured such that the long side is directed in the horizontal direction and the short side is directed in the gravitational direction, and the separator surface is directed in the horizontal direction (vertical direction). May also be configured.

燃料電池10の長辺方向(矢印C方向)の上端両角部近傍には、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18aと、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20aとが設けられる。   An oxidant gas inlet communication hole 18a for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the direction of the arrow A in the vicinity of the upper corners of the long side direction (arrow C direction) of the fuel cell 10. And a fuel gas inlet communication hole 20a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas.

燃料電池10の長辺方向の下端両角部近傍には、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20bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔18bとが設けられる。   In the vicinity of the lower corners of the long side direction of the fuel cell 10, the fuel gas outlet communication hole 20b for discharging the fuel gas and the oxidant gas for discharging the oxidant gas are communicated with each other in the arrow A direction. An outlet communication hole 18b is provided.

燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の両端縁部上方には、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2つの冷却媒体入口連通孔22aが対称位置に設けられるとともに、前記燃料電池10の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体出口連通孔22bが対称位置に設けられる。   Two cooling medium inlet communication holes 22 a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying the cooling medium are provided at symmetrical positions above both edge portions in the short side direction (arrow B direction) of the fuel cell 10. In addition, two cooling medium outlet communication holes 22b for discharging the cooling medium are provided at symmetrical positions below both edge portions of the fuel cell 10.

電解質膜・電極構造体12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24と、前記固体高分子電解質膜24を挟持するカソード側電極26及びアノード側電極28とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 24 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 26 and an anode side electrode 28 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 24. With.

カソード側電極26及びアノード側電極28は、図2に示すように、カーボンペーパ等からなるガス拡散層26a、28a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26a、28a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24の両面に形成される。   As shown in FIG. 2, the cathode side electrode 26 and the anode side electrode 28 are composed of gas diffusion layers 26a and 28a made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed uniformly on the surface of 28a. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24.

図3に示すように、第1金属セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとを連通する酸化剤ガス流路30が形成される。酸化剤ガス流路30は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部間に形成される複数本の波状の酸化剤ガス流路溝30aを有するとともに、前記酸化剤ガス流路30の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bが設けられる。複数本の波状の酸化剤ガス流路溝30aは、面内で互いに均一の幅寸法を有する。   As shown in FIG. 3, on the surface 14a of the first metal separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, an oxidant gas flow communicating the oxidant gas inlet communication hole 18a and the oxidant gas outlet communication hole 18b. A path 30 is formed. The oxidant gas flow path 30 has a plurality of wavy oxidant gas flow path grooves 30a formed between a plurality of wavy convex portions extending in the direction of arrow C, and the oxidant gas flow path 30 An inlet buffer portion 32a and an outlet buffer portion 32b each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and the outlet. The plurality of wavy oxidant gas flow channel grooves 30a have a uniform width dimension within the plane.

複数の酸化剤ガス流路溝30aの中、少なくとも1つの前記酸化剤ガス流路溝30aにより、第1の実施形態では、間に2つの前記酸化剤ガス流路溝30aを挟んで、複数の前記酸化剤ガス流路溝30aにより、起動用流路部33が設けられる。起動用流路部33は、所定の酸化剤ガス流路溝30aにより構成されるとともに、酸化剤ガスが酸化剤ガス入口連通孔18aから酸化剤ガス出口連通孔18bに向かって他の酸化剤ガス流路溝30aよりも速く到達する機能を有する。   In the first embodiment, among the plurality of oxidant gas flow channel grooves 30a, the two oxidant gas flow channel grooves 30a are sandwiched between the plurality of oxidant gas flow channel grooves 30a. A starting channel portion 33 is provided by the oxidant gas channel groove 30a. The start-up flow path portion 33 is configured by a predetermined oxidant gas flow path groove 30a, and the oxidant gas flows from the oxidant gas inlet communication hole 18a toward the oxidant gas outlet communication hole 18b to another oxidant gas. It has a function of reaching faster than the channel groove 30a.

具体的には、図2及び図3に示すように、起動用流路部33を構成する酸化剤ガス流路溝30aは、第1金属セパレータ14の面14aを平滑にして構成される。一方、他の酸化剤ガス流路溝30aは、面14aに粗加工部位RFが設けられることにより、前記酸化剤ガス流路溝30aにおける酸化剤ガスの圧力損失が高く設定される。粗加工部位RFは、図3に示すように、酸化剤ガス流路30の上流から所定の高さHまでの間に設けられることが好ましい。   Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the oxidant gas flow channel groove 30 a constituting the activation flow channel portion 33 is configured by smoothing the surface 14 a of the first metal separator 14. On the other hand, the other oxidant gas flow channel groove 30a is provided with a rough machining site RF on the surface 14a, so that the pressure loss of the oxidant gas in the oxidant gas flow channel groove 30a is set high. As shown in FIG. 3, the rough machining site RF is preferably provided between the upstream side of the oxidant gas flow path 30 and a predetermined height H.

図1に示すように、第1金属セパレータ14の面14b(面14aとは反対の面)には、酸化剤ガス流路30を構成する酸化剤ガス流路溝30aの裏面形状である冷却媒体流路溝30bが設けられる。冷却媒体流路溝30bは、後述する冷却媒体流路38の一部を構成する。   As shown in FIG. 1, the cooling medium having the back surface shape of the oxidant gas flow channel groove 30 a constituting the oxidant gas flow channel 30 is provided on the surface 14 b (the surface opposite to the surface 14 a) of the first metal separator 14. A channel groove 30b is provided. The cooling medium flow path groove 30b constitutes a part of a cooling medium flow path 38 to be described later.

図4に示すように、第2金属セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとを連通する燃料ガス流路34が形成される。燃料ガス流路34は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部間に形成される複数本の波状の燃料ガス流路溝34aを有するとともに、前記燃料ガス流路34の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部36a及び出口バッファ部36bが設けられる。複数本の波状の燃料ガス流路溝34aは、面内で互いに均一の幅寸法を有する。   As shown in FIG. 4, on the surface 16a of the second metal separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, there is a fuel gas flow path 34 that connects the fuel gas inlet communication hole 20a and the fuel gas outlet communication hole 20b. It is formed. The fuel gas flow path 34 has a plurality of wavy fuel gas flow path grooves 34a formed between a plurality of wavy convex portions extending in the direction of arrow C, and the vicinity of the inlet of the fuel gas flow path 34 and In the vicinity of the outlet, an inlet buffer 36a and an outlet buffer 36b each having a plurality of embosses are provided. The plurality of wavy fuel gas channel grooves 34a have a uniform width dimension within the plane.

複数の燃料ガス流路溝34aの中、少なくとも1つの前記燃料ガス流路溝34aにより、第1の実施形態では、間に2つの他の燃料ガス流路溝34aを挟んで、複数の前記燃料ガス流路溝34aにより、起動用流路部35が構成される。   In the first embodiment, two or more fuel gas passage grooves 34a are sandwiched between at least one fuel gas passage groove 34a among the plurality of fuel gas passage grooves 34a. The starting flow path portion 35 is configured by the gas flow path groove 34a.

起動用流路部35は、所定の燃料ガス流路溝34aに対応する第2金属セパレータ16の面16aを平滑にして構成される。他の燃料ガス流路溝34aには、面16aに粗加工部位RFを設けることにより、燃料ガスの圧力損失を大きく設定している。粗加工部位RFは、燃料ガス流路34の上流から所定の高さHの間に設けられる。   The starting flow path portion 35 is configured by smoothing the surface 16a of the second metal separator 16 corresponding to a predetermined fuel gas flow path groove 34a. The pressure loss of the fuel gas is set large by providing the rough processing part RF in the surface 16a in the other fuel gas flow channel 34a. The rough machining site RF is provided between a predetermined height H from the upstream side of the fuel gas channel 34.

なお、酸化剤ガス流路30及び燃料ガス流路34の所定の酸化剤ガス流路溝30a及び燃料ガス流路溝34aにおいて、それぞれの圧力損失を大きくするためには、粗加工部位RFの他、例えば、起毛材の他、種々の摩擦発生部材を貼り付けることにより、構成してもよい。また、酸化剤ガス流路30には、圧力損失を大きくする必要がない場合があり、燃料ガス流路34のみに粗加工部位RF等の処理を施してもよい。以下に説明する第2の実施形態以降においても、同様である。   In addition, in order to increase the respective pressure losses in the predetermined oxidant gas flow channel groove 30a and the fuel gas flow channel groove 34a of the oxidant gas flow channel 30 and the fuel gas flow channel 34, in addition to the rough machining site RF, For example, you may comprise by sticking various friction generating members other than a raising material. Further, there is a case where it is not necessary to increase the pressure loss in the oxidant gas flow path 30, and only the fuel gas flow path 34 may be subjected to processing such as the rough machining portion RF. The same applies to the second and subsequent embodiments described below.

第2金属セパレータ16の面16bと第1金属セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体入口連通孔22a、22aと冷却媒体出口連通孔22b、22bとに連通する冷却媒体流路38が形成される(図1及び図2参照)。この冷却媒体流路38は、電解質膜・電極構造体12の電極範囲を周回して矢印C方向に冷却媒体を流通させる。冷却媒体流路38の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部40a及び出口バッファ部40bが設けられる。   Between the surface 16b of the second metal separator 16 and the surface 14b of the first metal separator 14, there is a cooling medium flow path 38 communicating with the cooling medium inlet communication holes 22a, 22a and the cooling medium outlet communication holes 22b, 22b. Formed (see FIG. 1 and FIG. 2). The cooling medium flow path 38 circulates the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and distributes the cooling medium in the direction of arrow C. An inlet buffer portion 40a and an outlet buffer portion 40b each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the cooling medium flow path 38.

図1に示すように、第1金属セパレータ14の面14a、14bには、この第1金属セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材42が一体成形される。第2金属セパレータ16の面16a、16bには、この第2金属セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材44が一体成形される。第1シール部材42及び第2シール部材44としては、例えば、弾性を有する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 shown in FIG. 1, a first seal member 42 is integrally formed on the surfaces 14 a and 14 b of the first metal separator 14 around the outer peripheral edge of the first metal separator 14. A second seal member 44 is integrally formed on the surfaces 16 a and 16 b of the second metal separator 16 around the outer peripheral edge of the second metal separator 16. As the first seal member 42 and the second seal member 44, for example, an elastic seal material such as EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroplane or acrylic rubber is used. A cushion material or a packing material is used.

図1及び図3に示すように、第1金属セパレータ14の面14aには、第1シール部材42を切り欠いて酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の連結通路46aが形成される。面14aには、第1シール部材42を切り欠いて酸化剤ガス出口連通孔18bと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の連結通路46bが形成される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the surface 14 a of the first metal separator 14 has a plurality of holes that cut out the first seal member 42 to communicate the oxidant gas inlet communication hole 18 a and the oxidant gas flow path 30. A connecting passage 46a is formed. A plurality of connecting passages 46 b are formed on the surface 14 a so as to communicate the oxidant gas outlet communication hole 18 b and the oxidant gas flow path 30 by cutting out the first seal member 42.

図4に示すように、第2金属セパレータ16の面16aには、第2シール部材44を切り欠いて燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス流路34とを連通する複数の連結通路50aが形成される。面16aには、第2シール部材44を切り欠いて燃料ガス出口連通孔20bと燃料ガス流路34とを連通する複数の連結通路50bが形成される。   As shown in FIG. 4, a plurality of connecting passages 50 a are formed on the surface 16 a of the second metal separator 16 so as to communicate the fuel gas inlet communication hole 20 a and the fuel gas passage 34 by cutting out the second seal member 44. Is done. A plurality of connecting passages 50 b are formed in the surface 16 a so as to communicate the fuel gas outlet communication hole 20 b and the fuel gas passage 34 by cutting out the second seal member 44.

図1に示すように、第2金属セパレータ16の面16bには、第2シール部材44を切り欠いて一対の冷却媒体入口連通孔22a、22aと冷却媒体流路38とを連通する複数の連結通路52aが形成される。面16bには、第2シール部材44を切り欠いて一対の冷却媒体出口連通孔22b、22bと冷却媒体流路38とを連通する複数の連結通路52bが形成される。   As shown in FIG. 1, the surface 16 b of the second metal separator 16 has a plurality of connections that cut out the second seal member 44 to communicate the pair of cooling medium inlet communication holes 22 a and 22 a with the cooling medium flow path 38. A passage 52a is formed. A plurality of connecting passages 52b are formed in the surface 16b to cut out the second seal member 44 to communicate the pair of cooling medium outlet communication holes 22b, 22b with the cooling medium flow path 38.

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 fuel cell 10 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aには、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20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔22aには、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 inlet communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 20a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22a.

このため、酸化剤ガスは、図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aから第1金属セパレータ14の酸化剤ガス流路30に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路30に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極26に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 30 of the first metal separator 14 from the oxidant gas inlet communication hole 18a as shown in FIG. The oxidant gas moves in the direction of arrow C (gravity direction) along the oxidant gas flow path 30 and is supplied to the cathode side electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔20aから第2金属セパレータ16の燃料ガス流路34に供給される。燃料ガスは、図4に示すように、燃料ガス流路34に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給される。   On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel gas flow path 34 of the second metal separator 16 from the fuel gas inlet communication hole 20a. As shown in FIG. 4, the fuel gas moves in the gravitational direction (arrow C direction) along the fuel gas flow path 34 and is supplied to the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、電解質膜・電極構造体12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28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 electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 28 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極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18bに沿って矢印A方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode side electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 18b. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 20b.

また、一対の冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、図1に示すように、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16間の冷却媒体流路38に導入される。冷却媒体は、一旦矢印B方向(水平方向)に沿って流動した後、矢印C方向(重力方向)に移動して電解質膜・電極構造体12を冷却する。この冷却媒体は、矢印B方向両側に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   The cooling medium supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22a is introduced into the cooling medium flow path 38 between the first metal separator 14 and the second metal separator 16, as shown in FIG. The cooling medium once flows along the arrow B direction (horizontal direction) and then moves in the arrow C direction (gravity direction) to cool the electrolyte membrane / electrode structure 12. The cooling medium moves to both sides in the direction of arrow B and is then discharged to the pair of cooling medium outlet communication holes 22b.

この場合、燃料電池10の停止時には、例えば、空気掃気によって燃料ガス流路34に空気が存在している。このため、燃料電池10の起動時には、燃料ガス入口連通孔20aから燃料ガス流路34の上流に供給された燃料ガスは、この燃料ガス流路34を構成する各燃料ガス流路溝34aに沿って、比較的ゆっくりと燃料ガス出口連通孔20b側に流通し易い。   In this case, when the fuel cell 10 is stopped, air exists in the fuel gas flow path 34 by, for example, air scavenging. For this reason, when the fuel cell 10 is started, the fuel gas supplied from the fuel gas inlet communication hole 20a to the upstream side of the fuel gas passage 34 passes along each fuel gas passage groove 34a constituting the fuel gas passage 34. Therefore, it tends to flow relatively slowly toward the fuel gas outlet communication hole 20b.

その際、第1の実施形態では、複数の燃料ガス流路溝34aの中、所定数の前記燃料ガス流路溝34aを、他の前記燃料ガス流路溝34aよりも圧力損失の小さな起動用流路部35として構成している。具体的には、起動用流路部35以外の燃料ガス流路溝34aには、粗加工部位RFを設けることにより、燃料ガス流通面の摩擦係数を大きくしている。   At that time, in the first embodiment, among the plurality of fuel gas flow channel grooves 34a, a predetermined number of the fuel gas flow channel grooves 34a are used for starting with smaller pressure loss than the other fuel gas flow channel grooves 34a. The flow path portion 35 is configured. Specifically, the friction coefficient of the fuel gas flow surface is increased by providing a rough machining portion RF in the fuel gas flow channel groove 34a other than the start flow channel portion 35.

このため、図4に示すように、燃料ガス入口連通孔20aから燃料ガス流路34に導入された燃料ガスは、圧力損失の小さな起動用流路部35に優先的に導入され、この起動用流路部35を構成する燃料ガス流路溝34aに沿って、迅速に燃料ガス出口連通孔20bに到達することができる。   Therefore, as shown in FIG. 4, the fuel gas introduced from the fuel gas inlet communication hole 20a into the fuel gas passage 34 is preferentially introduced into the starting passage portion 35 having a small pressure loss. The fuel gas outlet communication hole 20b can be quickly reached along the fuel gas passage groove 34a constituting the passage portion 35.

従って、燃料ガスは、発電面内の広範囲に対してより早く到達し、急加速時等にも、前記発電面内全体で発電を行うことが可能になる。これにより、起動直後に、発電の安定化が迅速に遂行され、燃料電池10の電位が良好に安定化するという効果が得られる。しかも、燃料電池10では、高電位に曝される時間が有効に短縮され、劣化の抑制が確実に行われる。   Accordingly, the fuel gas reaches a wider area within the power generation surface earlier, and power generation can be performed throughout the power generation surface even during rapid acceleration. As a result, immediately after startup, power generation is quickly stabilized, and the potential of the fuel cell 10 can be satisfactorily stabilized. Moreover, in the fuel cell 10, the time of exposure to a high potential is effectively shortened, and deterioration is reliably suppressed.

また、燃料ガス流路溝34aの粗加工部位RFは、燃料ガス流路34の上流側に所定の距離Hの範囲内にわたって設けられている。このため、燃料ガス流路34の下流側では、各燃料ガス流路溝34aの摩擦係数が小さくなる。従って、前記燃料ガス流路溝34aに凝縮水が滞留することがなく、良好な排水性を維持することができるという利点がある。   Further, the rough machining portion RF of the fuel gas flow channel groove 34 a is provided in the range of a predetermined distance H on the upstream side of the fuel gas flow channel 34. For this reason, on the downstream side of the fuel gas passage 34, the friction coefficient of each fuel gas passage groove 34a becomes small. Therefore, the condensed water does not stay in the fuel gas channel groove 34a, and there is an advantage that good drainage can be maintained.

なお、酸化剤ガス流路30では、図3に示すように、上記の燃料ガス流路34と同様に、粗加工部位RFを設けて圧力損失が大きく設定された酸化剤ガス流路溝30aと、平坦状を有して圧力損失が小さく設定された酸化剤ガス流路溝30aからなる起動用流路部33とを備えている。   In the oxidant gas flow path 30, as shown in FIG. 3, the oxidant gas flow path groove 30a having a rough processing portion RF and a large pressure loss is provided, similar to the fuel gas flow path 34 described above. And a starting flow path portion 33 including an oxidant gas flow path groove 30a having a flat shape and a small pressure loss.

従って、酸化剤ガス入口連通孔18aから酸化剤ガス流路30に導入された酸化剤ガスは、起動用流路部33に沿って、迅速に酸化剤ガス出口連通孔18bに到達することができ、上記の燃料ガス流路34と同様の効果が得られる。   Therefore, the oxidant gas introduced into the oxidant gas flow path 30 from the oxidant gas inlet communication hole 18a can quickly reach the oxidant gas outlet communication hole 18b along the activation flow path portion 33. The same effect as the fuel gas flow path 34 can be obtained.

図5は、第1の実施形態の燃料電池10(本発明)と、粗加工部位RFを設けない一般的な燃料電池(比較例)とにおける起動時の電位を検出した結果が示されている。これにより、第1の実施形態では、燃料ガス及び酸化剤ガスは、発電面内の広範囲に対し比較例に比べて迅速に到達することができ、短時間で安定した電位を得ることが可能になる。しかも、カソード側では、比較例に比べて高電位に曝される時間が有効に短尺化され、劣化の抑制が容易に遂行可能になるという効果が得られる。   FIG. 5 shows the results of detecting the starting potential in the fuel cell 10 of the first embodiment (the present invention) and a general fuel cell (comparative example) not provided with the roughened portion RF. . Thereby, in 1st Embodiment, fuel gas and oxidant gas can reach | attain rapidly compared with a comparative example with respect to the wide range in an electric power generation surface, and can obtain the stable electric potential in a short time. Become. Moreover, on the cathode side, the time of exposure to a high potential is effectively shortened as compared with the comparative example, and the effect that deterioration can be easily suppressed can be obtained.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路70の正面説明図である。   FIG. 6 is an explanatory front view of a reaction gas channel 70 constituting a fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

反応ガス流路70は、燃料ガス流路のみ、又は前記燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の両方を構成することができる。なお、以下に説明する第3の実施形態以降においても、同様である。   The reaction gas channel 70 can constitute only the fuel gas channel or both the fuel gas channel and the oxidant gas channel. The same applies to the third and subsequent embodiments described below.

反応ガス流路70は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部70b間に形成される複数本の波状の反応ガス流路溝70aを有する。反応ガス流路溝70aの中、所定数(少なくとも1つ)の反応ガス流路溝70aは、起動用流路部72を構成する。   The reactive gas channel 70 has a plurality of wavy reactive gas channel grooves 70a formed between a plurality of wavy convex portions 70b extending in the direction of arrow C. A predetermined number (at least one) of the reaction gas flow channel grooves 70 a in the reaction gas flow channel groove 70 a constitutes the activation flow channel portion 72.

起動用流路部72では、反応ガス流路溝70aの上流側に、この反応ガス流路溝70a側に膨出する波状凸部70bの内方コーナ部上側を切欠いて分岐部74aが設けられる。反応ガス流路溝70aの下流側には、この反応ガス流路溝70aの外方に湾曲する波状凸部70bの外側コーナ部上側を切欠いて分岐部74bが設けられる。分岐部74a、74bは、セパレータに波状凸部70bをプレス加工する際に、プレスしない部位を設けることによって予め形成される。   In the starting flow path portion 72, a branching portion 74a is provided on the upstream side of the reaction gas flow channel groove 70a by notching the upper side of the inner corner portion of the wavy convex portion 70b bulging toward the reaction gas flow channel groove 70a. . On the downstream side of the reaction gas flow channel groove 70a, a branch portion 74b is provided by cutting out the upper corner portion of the wavy convex portion 70b that curves outward from the reaction gas flow channel groove 70a. The branch portions 74a and 74b are formed in advance by providing a portion that is not pressed when the corrugated convex portion 70b is pressed in the separator.

このように構成される第2の実施形態では、反応ガス(少なくとも燃料ガス)が反応ガス流路70に導入されると、この反応ガスは、各反応ガス流路溝70aに振り分けられる。そして、起動用流路部72を構成する反応ガス流路溝70aに供給された反応ガスの一部は、分岐部74aを通って隣り合う反応ガス流路溝70aに導入される一方、残余の反応ガスは、起動用流路部に沿って矢印C方向に流通する。   In the second embodiment configured as described above, when the reaction gas (at least the fuel gas) is introduced into the reaction gas channel 70, the reaction gas is distributed to each reaction gas channel groove 70a. A part of the reaction gas supplied to the reaction gas flow channel groove 70a constituting the activation flow channel portion 72 is introduced into the adjacent reaction gas flow channel groove 70a through the branch portion 74a, while the remaining gas is supplied to the reaction gas flow channel groove 70a. The reaction gas flows in the direction of arrow C along the starting flow path.

従って、起動用流路部72では、反応ガス流路溝70aを流動する反応ガス流量が、他の反応ガス流路溝70aを流動する反応ガス流量よりも削減され、矢印C方向に沿って迅速に流通することができる。これにより、反応ガスは、発電面内の広範囲に対してより早く到達し、急加速時等にも良好に発電を行うことが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Accordingly, in the starting flow path portion 72, the flow rate of the reaction gas flowing through the reaction gas flow path groove 70a is reduced from the flow rate of the reaction gas flowing through the other reaction gas flow path groove 70a, so Can be distributed. As a result, the reaction gas reaches the wide range in the power generation surface earlier, and it is possible to perform power generation satisfactorily even during sudden acceleration, etc. can get.

また、起動用流路部72の下流側では、隣り合う反応ガス流路溝70aから分岐部74bを通って、反応ガスが合流される。このため、反応ガス流路70の下流では、各反応ガス流路溝70aに略同量の反応ガスが流通することになる。   Further, on the downstream side of the starting flow path portion 72, the reaction gas is merged from the adjacent reaction gas flow path groove 70 a through the branch portion 74 b. For this reason, substantially the same amount of reaction gas flows through each reaction gas channel groove 70 a downstream of the reaction gas channel 70.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路80の正面説明図である。   FIG. 7 is an explanatory front view of a reaction gas channel 80 constituting a fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

反応ガス流路80は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部間に形成される複数の波状の反応ガス流路溝80aを有する。少なくとも1つ以上の反応ガス流路溝80aは、他の反応ガス流路溝80aよりも発電面内の広範囲に対してより早く到達する起動用流路部82を構成する。起動用流路部82は、反応ガス流路溝80aの流路幅S1を、他の反応ガス流路溝80aの流路幅S2よりも大きく設定することにより構成される。   The reactive gas flow path 80 has a plurality of wavy reactive gas flow path grooves 80a formed between a plurality of wavy convex portions extending in the direction of arrow C. At least one or more reactive gas flow channel grooves 80a constitute a starting flow channel portion 82 that reaches a wider area in the power generation surface earlier than the other reactive gas flow channel grooves 80a. The starting flow path portion 82 is configured by setting the flow path width S1 of the reaction gas flow path groove 80a to be larger than the flow path width S2 of the other reaction gas flow path grooves 80a.

このように構成される第3の実施形態では、他の反応ガス流路溝80aよりも流路幅S1の大きな反応ガス流路溝80aを用いて起動用流路部82が構成されている。このため、起動用流路部82には、反応ガスの流入量が増大している。従って、発電面内の広範囲に対してより早く反応ガスを到達することができ、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。   In the third embodiment configured as described above, the start-up flow path portion 82 is configured using the reaction gas flow path groove 80a having a flow path width S1 larger than the other reaction gas flow path grooves 80a. For this reason, the inflow amount of the reaction gas is increased in the starting flow path portion 82. Accordingly, the reaction gas can reach the wide range in the power generation surface earlier, and the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.

図8は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路90の正面説明図であり、図9は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池を構成する反応ガス流路100の正面説明図である。   FIG. 8 is an explanatory front view of a reaction gas channel 90 constituting a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 constitutes a fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention. 2 is a front explanatory view of a reaction gas channel 100. FIG.

図8に示すように、反応ガス流路90は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部90b間に形成される複数本の波状の反応ガス流路溝90aを有する。波状凸部90bの中、少なくとも一本には、上流側に延在するガイド部90b1が一体に設けられることにより、前記ガイド部90b1に隣接する反応ガス流路溝90aが起動用流路部94を構成する。   As shown in FIG. 8, the reactive gas flow channel 90 has a plurality of wavy reactive gas flow channel grooves 90a formed between a plurality of wavy convex portions 90b extending in the direction of arrow C. At least one of the wavy convex portions 90b is integrally provided with a guide portion 90b1 extending upstream, so that the reaction gas flow channel groove 90a adjacent to the guide portion 90b1 is formed as a starting flow channel portion 94. Configure.

図9に示すように、反応ガス流路100は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部100b間に形成される複数本の波状の反応ガス流路溝100aを有する。複数の波状凸部100bの中、少なくとも一以上の上端には、切欠き部100b1が設けられることにより、流量長が短く構成される反応ガス流路溝100aを有する起動用流路部102が構成される。   As shown in FIG. 9, the reactive gas flow channel 100 has a plurality of wavy reactive gas flow channel grooves 100a formed between a plurality of wavy convex portions 100b extending in the direction of arrow C. The notch part 100b1 is provided at least at one or more upper ends of the plurality of wave-like convex parts 100b, so that the starting flow path part 102 having the reaction gas flow path groove 100a configured to have a short flow rate length is configured. Is done.

上記の第4の実施形態では、ガイド部90b1の案内作用下に、起動用流路部94を構成する反応ガス流路溝90aに反応ガスが円滑且つ迅速に導入され、前記反応ガスを発電面内の広範囲に対してより早く到達させることができる。   In the fourth embodiment, the reaction gas is smoothly and rapidly introduced into the reaction gas flow channel groove 90a constituting the activation flow channel portion 94 under the guiding action of the guide portion 90b1, and the reaction gas is supplied to the power generation surface. It is possible to reach a wider area within a faster time.

また、上記の第5の実施形態では、切欠き部100b1を有する、すなわち、流量長の短かな反応ガス流路溝100aにより起動用流路部102が構成されている。この起動用流路部102では、他の反応ガス流路溝100aに比べて圧損が低減され、反応ガスの流入が円滑に行われる。これにより、第4及び第5の実施形態では、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fifth embodiment, the starting flow path portion 102 is configured by the reaction gas flow path groove 100a having the notch portion 100b1, that is, having a short flow rate. In this starting flow path portion 102, the pressure loss is reduced as compared with the other reactive gas flow path grooves 100a, and the flow of the reactive gas is performed smoothly. Thereby, in 4th and 5th embodiment, the effect similar to said 1st-3rd embodiment is acquired.

図10は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池110の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10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。   FIG. 10 is an exploded perspective view of the main part of a fuel cell 110 according to the sixth embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池110は、電解質膜・電極構造体112と、前記電解質膜・電極構造体112を挟持する第1セパレータ114及び第2セパレータ116とを備える。第1セパレータ114及び第2セパレータ116は、例えば、カーボンセパレータや、金属セパレータにより構成される。   The fuel cell 110 includes an electrolyte membrane / electrode structure 112 and a first separator 114 and a second separator 116 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 112. The first separator 114 and the second separator 116 are constituted by, for example, a carbon separator or a metal separator.

第1セパレータ114は、矢印C方向に延在する複数本の直線状凸部間に形成される複数本の直線状の酸化剤ガス流路溝118を有する。第2セパレータ116は、同様に矢印C方向に延在する複数本の直線状凸部間に形成される複数本の直線状の燃料ガス流路溝120を有する。   The first separator 114 has a plurality of linear oxidant gas passage grooves 118 formed between a plurality of linear protrusions extending in the direction of arrow C. Similarly, the second separator 116 has a plurality of linear fuel gas flow channel grooves 120 formed between a plurality of linear protrusions extending in the direction of arrow C.

図11に示すように、複数の酸化剤ガス流路溝118の中、少なくとも1つ以上の前記酸化剤ガス流路溝118に対応して、カソード側電極26のガス拡散層に切欠き部位122を設けることにより、起動用流路部124が構成される。同様に複数の燃料ガス流路溝120の中、少なくとも一以上の前記燃料ガス流路溝120に対応して、アノード側電極28を構成するガス拡散層に切欠き部位126を設けることにより、起動用流路部128が構成される。   As shown in FIG. 11, corresponding to at least one of the oxidant gas flow channel grooves 118 among the plurality of oxidant gas flow channel grooves 118, a notch portion 122 is formed in the gas diffusion layer of the cathode side electrode 26. By providing the above, the starting flow path portion 124 is configured. Similarly, by providing a notch portion 126 in the gas diffusion layer constituting the anode side electrode 28 corresponding to at least one or more of the fuel gas flow channel grooves 120 among the plurality of fuel gas flow channel grooves 120, activation is performed. A flow path portion 128 is configured.

各ガス拡散層は、切欠き部位122、126を設けることにより、起動用流路部124、128に配置される部位の厚さが、他の酸化剤ガス流路溝118及び燃料ガス流路溝120に配置される部位の厚さよりも小さく設定される。切欠き部位122、126は、矢印C方向に延在して設けられる。   Each gas diffusion layer is provided with the notched portions 122 and 126 so that the thickness of the portion disposed in the activation flow path portions 124 and 128 is different from that of the other oxidant gas flow path grooves 118 and fuel gas flow path grooves. The thickness is set to be smaller than the thickness of the portion arranged at 120. Notch portions 122 and 126 are provided extending in the direction of arrow C.

このように構成される第6の実施形態では、カソード側電極26のガス拡散層26aに切欠き部位122を設けることにより、他の部位に比べて厚さの小さな部位に起動用流路部124が構成されている。同様に、アノード側電極28を構成するガス拡散層28aに切欠き部位126を設けることにより、他の部位よりも厚さの小さな部位に対応して起動用流路部128が構成されている。   In the sixth embodiment configured as described above, the notch part 122 is provided in the gas diffusion layer 26a of the cathode side electrode 26, so that the activation flow path part 124 is provided in a part having a smaller thickness than other parts. Is configured. Similarly, by providing the notch portion 126 in the gas diffusion layer 28a constituting the anode side electrode 28, the starting flow path portion 128 is configured corresponding to a portion having a smaller thickness than other portions.

従って、各酸化剤ガス流路溝118に供給された酸化剤ガスは、起動用流路部124で電極触媒層に対し迅速に供給されるとともに、矢印C方向に対して迅速に流動し、発電反応が早期に遂行される。同様に、各燃料ガス流路溝120に供給された燃料ガスは、切欠き部位126が設けられている起動用流路部128で電極触媒層に迅速に供給されるとともに、矢印C方向に対して迅速に流動する。   Therefore, the oxidant gas supplied to each oxidant gas flow channel groove 118 is quickly supplied to the electrode catalyst layer in the activation flow channel portion 124 and rapidly flows in the direction of arrow C to generate power. The reaction is carried out early. Similarly, the fuel gas supplied to each fuel gas flow channel groove 120 is rapidly supplied to the electrode catalyst layer in the activation flow channel portion 128 provided with the notch portion 126, and also in the direction of the arrow C. And flow quickly.

これにより、酸化剤ガス及び燃料ガスは、発電面内の広範囲に対してより早く到達し、発電の安定化が迅速に遂行される等、上記の第1〜第5の実施形態と同様の効果が得られる。   As a result, the oxidant gas and the fuel gas reach the wide area in the power generation surface more quickly, and the stabilization of power generation is performed quickly, and the same effects as in the first to fifth embodiments described above. Is obtained.

10、110…燃料電池 11…燃料電池スタック
12、112…電解質膜・電極構造体
14、16、114、116…金属セパレータ
18a…酸化剤ガス入口連通孔 18b…酸化剤ガス出口連通孔
20a…燃料ガス入口連通孔 20b…燃料ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24…固体高分子電解質膜 26…カソード側電極
28…アノード側電極 30…酸化剤ガス流路
30a、118…酸化剤ガス流路溝
33、35、72、82、94、102、124、128…起動用流路部
34…燃料ガス流路 34a、120…燃料ガス流路溝
38…冷却媒体流路 42、44…シール部材
70、80、90、100…反応ガス流路
70a、80a、90a、100a…反応ガス流路溝
70b、90b、100b…波状凸部
74a、74b…分岐部 90b1…ガイド部
122、126…切欠き部位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110 ... Fuel cell 11 ... Fuel cell stack 12, 112 ... Electrolyte membrane and electrode structure 14, 16, 114, 116 ... Metal separator 18a ... Oxidant gas inlet communication hole 18b ... Oxidant gas outlet communication hole 20a ... Fuel Gas inlet communication hole 20b ... Fuel gas outlet communication hole 22a ... Cooling medium inlet communication hole 22b ... Cooling medium outlet communication hole 24 ... Solid polymer electrolyte membrane 26 ... Cathode side electrode 28 ... Anode side electrode 30 ... Oxidant gas flow path 30a 118 ... Oxidant gas flow channel 33, 35, 72, 82, 94, 102, 124, 128 ... Startup flow channel 34 ... Fuel gas flow channel 34a, 120 ... Fuel gas flow channel 38 ... Cooling medium flow Channels 42, 44 ... Seal members 70, 80, 90, 100 ... Reaction gas channels 70a, 80a, 90a, 100a ... Reaction gas channel grooves 70b, 90b, 100b Wavy convex portions 74a, 74b ... the branch portion 90b1 ... guide portion 122, 126 ... notch site

Claims (5)

電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・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が形成されるとともに、前記反応ガスを前記セパレータの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池であって、
前記反応ガス流路は、複数の反応ガス流路溝を有するとともに、
少なくとも1つの前記反応ガス流路溝は、前記反応ガスが、前記反応ガス入口連通孔から前記反応ガス出口連通孔に向かって他の前記反応ガス流路溝よりも速く到達する起動用流路部を構成することを特徴とする燃料電池。
An electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte and a separator are stacked, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface is formed, and the reaction gas is stacked on the separator. A fuel cell in which a reaction gas inlet communication hole and a reaction gas outlet communication hole that circulate in a direction are formed,
The reaction gas channel has a plurality of reaction gas channel grooves,
At least one of the reaction gas flow channel grooves is a starting flow channel portion in which the reaction gas reaches from the reaction gas inlet communication hole toward the reaction gas outlet communication hole faster than the other reaction gas flow channel grooves. A fuel cell comprising:
請求項1記載の燃料電池において、前記起動用流路部は、他の前記反応ガス流路溝よりも圧力損失の小さな部位を有することを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the starting flow path portion has a portion having a smaller pressure loss than the other reaction gas flow path grooves. 請求項1記載の燃料電池において、前記電極は、ガス拡散層を有し、
前記ガス拡散層は、前記起動用流路部に配置される部位の厚さが、他の前記反応ガス流路溝に配置される部位の厚さよりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein the electrode has a gas diffusion layer,
In the fuel cell, the gas diffusion layer is set such that a portion disposed in the activation channel portion has a thickness smaller than a thickness of a portion disposed in the other reaction gas channel groove. .
請求項1記載の燃料電池において、前記起動用流路部は、互いに隣接する複数の波状の前記反応ガス流路溝を有し、
互いに隣接する前記反応ガス流路溝には、前記反応ガスをそれぞれの前記反応ガス流路溝に導入させるための分岐部が設けられることを特徴とする燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the start-up flow path portion includes a plurality of the wavy reactive gas flow path grooves adjacent to each other.
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas channel grooves adjacent to each other are provided with branch portions for introducing the reaction gas into the reaction gas channel grooves.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記反応ガスは、燃料ガスであることを特徴とする燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the reaction gas is a fuel gas.
JP2010125796A 2010-06-01 2010-06-01 Fuel cell Expired - Fee Related JP5577156B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010125796A JP5577156B2 (en) 2010-06-01 2010-06-01 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010125796A JP5577156B2 (en) 2010-06-01 2010-06-01 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011253670A true JP2011253670A (en) 2011-12-15
JP5577156B2 JP5577156B2 (en) 2014-08-20

Family

ID=45417445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010125796A Expired - Fee Related JP5577156B2 (en) 2010-06-01 2010-06-01 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5577156B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004520A (en) * 2018-06-26 2020-01-09 本田技研工業株式会社 Fuel cell separator and fuel cell stack

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001052723A (en) * 1999-08-13 2001-02-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2002305014A (en) * 2001-04-06 2002-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2002313393A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2003243013A (en) * 2002-02-18 2003-08-29 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP2004247154A (en) * 2003-02-13 2004-09-02 Toyota Motor Corp Separator channel structure of fuel cell
JP2006302914A (en) * 2006-07-31 2006-11-02 Kyocera Corp Wiring board
JP2008108571A (en) * 2006-10-25 2008-05-08 Toyota Motor Corp Separator and fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001052723A (en) * 1999-08-13 2001-02-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2002305014A (en) * 2001-04-06 2002-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2002313393A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2003243013A (en) * 2002-02-18 2003-08-29 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP2004247154A (en) * 2003-02-13 2004-09-02 Toyota Motor Corp Separator channel structure of fuel cell
JP2006302914A (en) * 2006-07-31 2006-11-02 Kyocera Corp Wiring board
JP2008108571A (en) * 2006-10-25 2008-05-08 Toyota Motor Corp Separator and fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004520A (en) * 2018-06-26 2020-01-09 本田技研工業株式会社 Fuel cell separator and fuel cell stack
JP7008588B2 (en) 2018-06-26 2022-02-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell separator and fuel cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
JP5577156B2 (en) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5694117B2 (en) Fuel cell
JP4906891B2 (en) Fuel cell
JP2008293758A (en) Fuel cell
JP2007005235A (en) Fuel cell
JP4562501B2 (en) Fuel cell
JP5280468B2 (en) Fuel cell
JP2009043665A (en) Fuel cell
JP5297990B2 (en) Fuel cell
JP5060169B2 (en) Fuel cell
JP5491231B2 (en) Fuel cell
JP6117736B2 (en) Fuel cell
JP5872995B2 (en) Fuel cell stack
JP5749703B2 (en) Fuel cell stack
JP5653867B2 (en) Fuel cell
JP5577156B2 (en) Fuel cell
JP5583824B2 (en) Fuel cell
JP2009140672A (en) Fuel cell
JP2011018539A (en) Fuel cell
JP2010003541A (en) Fuel cell stack
JP2014192151A (en) Fuel cell
JP6071680B2 (en) Operation method of fuel cell stack
JP5886739B2 (en) Fuel cell stack
JP6315609B2 (en) Fuel cell
JP2011124131A (en) Fuel cell stack
JP5802649B2 (en) Fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140707

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5577156

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees