JP2012169110A - ガス流路形成体および燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の冷媒マニホールド孔と第2のトンネル構造部と第4の端辺に最も近い第3のガス流路とで囲まれた第1の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第1の部分に、第1の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが冷媒流路方向に向くように規制する第1の冷媒流路壁が形成され、第2の冷媒マニホールド孔と第1のトンネル構造部と第3の端辺に最も近い第3のガス流路とで囲まれた第1の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第2の部分に、冷媒流路からの冷媒の流れが第2の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第2の冷媒流路壁が形成され、第1の冷媒流路壁と第2の冷媒流路壁により形成されるガス流路形成面側の凹凸は、第1ないし第3のガス流路のいずれかに繋げられる。
【選択図】図1
Description
燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第1の領域の内側には、
第1の端辺に沿って形成された第1のガス流路と、
前記第1の端辺に対向する第2の端辺に沿って形成された第2のガス流路と、
前記第1のガス流路と前記第2のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第3のガス流路と、
前記第1の領域の外側で前記第1の端辺に直交する第3の端辺側に形成された第1のガスマニホールド孔と、
前記第1の領域の外側で前記第3の端辺に対向する第4の端辺側に形成された第2のガスマニホールド孔と、
前記第1の領域の外側で前記第4の端辺に沿って前記第2のガスマニホールド孔と並んで形成された第1の冷媒マニホールド孔と
前記第1の領域の外側で前記第3の端辺側に前記第1のガスマニホールド孔と並んで形成された第2の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第1のガスマニホールド孔を覆う第1のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第2のガスマニホールド孔を覆う第2のシールラインと、
前記第1のガスマニホールド孔に前記第1のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第1のシールラインをまたぐように形成された第1のトンネル構造部と、
前記第2のガスマニホールド孔に前記第2のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第2のシールラインをまたぐように形成された第2のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第1ないし前記第3のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第1の冷媒マニホールド孔と、前記第2のトンネル構造部と、前記第4の端辺に最も近い前記第3のガス流路と、で囲まれた第1の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第1の部分には、前記第1の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第1の冷媒流路壁が形成されており、
前記第2の冷媒マニホールド孔と、前記第1のトンネル構造部と、前記第3の端辺に最も近い前記第3のガス流路と、で囲まれた前記第1の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第2の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第2の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第2の冷媒流路壁が形成されており、
前記第1の冷媒流路壁および前記第2の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第1ないし第3のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、第1の冷媒流路壁および第2の冷媒流路壁をガス流路として利用して、第1の冷媒流路壁および第2の冷媒流路壁が形成されている領域に対応する発電領域の部分に、ガスを供給することができるので、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
適用例1記載のガス流路形成体であって、
前記第1および第2のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、液体の水とガスを分離することができるので、液体の水がトンネル構造部内に滞留してガスの流れを阻害することを防止することが可能である。
前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする適用例1または適用例2記載のガス流路形成体。
セパレータをガス流路形成体とすれば、燃料電池セルの構成を簡素化することが可能である。
適用例1ないし適用例3のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
この燃料電池セルによれば、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.変形例:
A1.燃料電池セルの構成:
図1は、第1実施例における燃料電池セルFUCの概略平面図である。この燃料電池セルFUCは、図1に示すように、発電体部PBを発電体部PBのアノード側のセパレータSPA(以下、「アノードセパレータ」とも呼ぶ)およびカソード側のセパレータSPC(以下、「カソードセパレータ」とも呼ぶ)で挟持した、平面形状が概略矩形形状の発電モジュールである。なお、図1は、燃料電池セルFUCをアノードセパレータSPAの冷媒流路形成面WP側から見た状態を示している。図2は、アノードセパレータSPAの冷媒流路形成面WPとは反対側の燃料ガスのガス流路形成面FPを冷媒流路形成面WP側から見た概略平面図である。図3は、発電体部PBをアノードセパレータSPA側から見た概略平面図である。図4は、カソードセパレータSPCを発電体部PB側から見た概略平面図である。なお、以下の説明では、概略矩形形状の長辺に沿った方向を横方向あるいは左右方向とし、短辺に沿った方向を縦方向あるいは上下方向として説明する。
図10は、図9に示した燃料ガス流路の第1の変形例を示す説明図である。図9に示した領域GA1に対応する発電領域PAの領域に燃料ガスを供給する燃料ガス流路は、一方の端部が枝流路として機能する第3の凹部FHに繋げられ、他方の端部が閉塞された複数の凹部FF2で構成されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、図10に示すように、領域GA1に対応する発電領域PAの領域を蛇行して形成され、両端が第3の凹部FHに繋げられた凹部FF2aで構成するようにしてもよい。なお、この構成の場合には、図中クロスハッチングで示した部分の深さは他の部分の深さよりも浅い構造、すなわち、冷媒流路形成面WPにおいて、他の部分よりも壁面の高さが低い構造として、冷媒の流れる流路を確保する必要がある。
B1.トンネル構造部の構造:
図13は、第2実施例における出口側トンネル構造部を示す説明図である。図13(A)は第2実施例の出口側トンネル構造部TWoaを拡大して示しており、図13(B)は第1実施例の出口側トンネル構造部TWoを拡大して示している。
図14は、第2実施例の出口側トンネル構造部の第1の変形例を示す説明図である。図に示すように、第1の変形例のトンネル構造部TWobは、1つの出口側トンネル凹部TFo1中に、毛細管現象を発生する毛細管構造TCを有している。これにより、出口側トンネル凹部TFoのうち、毛細管構造TCを挟んで一方の凹部を燃料ガスの通路として確保し、他方の凹部を液水の通路として確保して、液水と燃料ガスとを分離することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
上記実施例では、アノードセパレータの一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面とする構造を例に説明したが、アノードセパレータもフラットセパレータとし、アノードセパレータと発電体部との間に、一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面として、燃料ガス流路と冷媒流路壁とを表裏一体的に形成したガス流路形成体を配置し、本発明を適用するようにしてもよい。
また、上記実施例および変形例1では、燃料ガス流路形成面の燃料ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造を例に示しているが、酸化ガス流路形成面の酸化ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造に本発明を適用するようにしてもよい。
SPA…アノードセパレータ
SPC…カソードセパレータ
PB…発電体部
PA…発電領域
MH…燃料ガスマニホールド
MO…酸化ガスマニホールド
MW…冷媒マニホールド
MHi…入口側燃料ガスマニホールド
MHo…出口側燃料ガスマニホールド
MOi…入口側酸化ガスマニホールド
MOo…出口側酸化ガスマニホールド
MWi…入口側冷媒マニホールド
MWo…出口側冷媒マニホールド
AMOi…入口側酸化ガスマニホールド孔
PMOi…入口側酸化ガスマニホールド孔
CMOi…入口側酸化ガスマニホールド孔
AMOo…出口側酸化ガスマニホールド孔
PMOo…出口側酸化ガスマニホールド孔
CMOo…出口側酸化ガスマニホールド孔
AMHi…入口側燃料ガスマニホールド孔
PMHi…入口側燃料ガスマニホールド孔
CMHi…入口側燃料ガスマニホールド孔
AMHo…出口側燃料ガスマニホールド孔
PMHo…出口側燃料ガスマニホールド孔
CMHo…出口側酸化ガスマニホールド孔
AMWi…入口側冷媒マニホールド孔
PMWi…入口側冷媒マニホールド孔
CMWi…入口側冷媒マニホールド孔
AMWo…出口側冷媒マニホールド孔
PMWo…出口側冷媒マニホールド孔
CMWo…出口側冷媒マニホールド孔
WP…冷媒流路形成面
FP…ガス流路形成面
WHcmi…第1の凸部
FHcmi…第1の凹部
WHcmo…第2の凸部
FHcmo…第2の凹部
WH…第3の凸部
FH…第3の凹部
WH1…第1の部分凸部
WH2…第2の部分凸部
FH1…第1の部分凹部
FH2…第2の部分凹部
WB…基板部
TWi…入口側トンネル構造部
TWo…出口側トンネル構造部
GA1…領域
GA2…領域
PB1…膜電極接合体
PB2…ガス拡散層
PB3…ガス拡散層
PB4…多孔体流路部
PB5…シール部
SW…シールライン
SHi…シールライン
SOi…シールライン
SOo…シールライン
SHo…シールライン
HHi…連通孔
HHo…連通孔
HOi…連通孔
HOo…連通孔
WOi…酸化ガス流路壁
WOo…酸化ガス流路壁
WWi…冷媒流路壁
WWo…冷媒流路壁
WW1…冷媒流路壁
WW2…冷媒流路壁
TWia…入口側トンネル構造部
TWoa…出口側トンネル構造部
TWob…出口側トンネル構造部
TWoc…出口側トンネル構造部
TWi1…入口側トンネル凸部
TFi1…入口側トンネル凹部
TWo1…出口側トンネル凸部
TFo1…出口側トンネル凹部
FF1…凹部
FF2…凹部
FF2a…凹部
FF2c…凹部
TC…毛細管構造
TP…多孔体部
FHb…凹部
TMa…空隙
TMb…溝
TP…多孔体部
TPa…多孔体
TPb…多孔体
Claims (4)
- 燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第1の領域の内側には、
第1の端辺に沿って形成された第1のガス流路と、
前記第1の端辺に対向する第2の端辺に沿って形成された第2のガス流路と、
前記第1のガス流路と前記第2のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第3のガス流路と、
前記第1の領域の外側で前記第1の端辺に直交する第3の端辺側に形成された第1のガスマニホールド孔と、
前記第1の領域の外側で前記第3の端辺に対向する第4の端辺側に形成された第2のガスマニホールド孔と、
前記第1の領域の外側で前記第4の端辺に沿って前記第2のガスマニホールド孔と並んで形成された第1の冷媒マニホールド孔と
前記第1の領域の外側で前記第3の端辺側に前記第1のガスマニホールド孔と並んで形成された第2の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第1のガスマニホールド孔を覆う第1のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第2のガスマニホールド孔を覆う第2のシールラインと、
前記第1のガスマニホールド孔に前記第1のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第1のシールラインをまたぐように形成された第1のトンネル構造部と、
前記第2のガスマニホールド孔に前記第2のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第2のシールラインをまたぐように形成された第2のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第1ないし前記第3のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第1の冷媒マニホールド孔と、前記第2のトンネル構造部と、前記第4の端辺に最も近い前記第3のガス流路と、で囲まれた第1の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第1の部分には、前記第1の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第1の冷媒流路壁が形成されており、
前記第2の冷媒マニホールド孔と、前記第1のトンネル構造部と、前記第3の端辺に最も近い前記第3のガス流路と、で囲まれた前記第1の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第2の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第2の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第2の冷媒流路壁が形成されており、
前記第1の冷媒流路壁および前記第2の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第1ないし第3のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。 - 請求項1記載のガス流路形成体であって、
前記第1および第2のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。 - 前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする請求項1または請求項2記載のガス流路形成体。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
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JP2014215013A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | ダイキン工業株式会社 | 化粧パネル、及び空気調和機の室内ユニット |
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---|---|---|---|---|
JP2009224275A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法並びに燃料電池 |
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