JP2014038750A - Fuel cell - Google Patents

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Junji Uehara
順司 上原
Masahiro Mori
昌弘 毛里
Hiromichi Yoshida
弘道 吉田
Kenichiro Ueda
健一郎 上田
Shinya Watanabe
真也 渡邉
Shoji Ando
章二 安藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell that favorably reduces accumulated water in a separator surface, and allows stable power generation, with a simple configuration.SOLUTION: A fuel cell 10 includes power generation cells 12, each having a membrane electrode assembly 16 sandwiched between a first metal separator 18 and a second metal separator 20. The first metal separator 18 has first protrusions 38a(e) in upper and lower portions thereof in a direction of gravitational force, and second protrusions 38a(c) in a central portion thereof in the direction of gravitational force. First contact area per unit area between each first protrusion 38a(e) and the membrane electrode assembly 16 is smaller than second contact area per unit area between each second protrusion 38a(c) and the membrane electrode assembly 16.

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層される燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a horizontally elongated metal separator are stacked in a horizontal position in a standing posture.

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固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した発電セルを構成している。燃料電池は、通常、複数の発電セルが積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれることにより、車載用燃料電池システムとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is formed by a pair of separators. The sandwiched power generation cell is configured. A fuel cell is normally used as an in-vehicle fuel cell system by stacking a plurality of power generation cells to form a fuel cell stack and being incorporated in a fuel cell vehicle for in-vehicle use in addition to stationary use.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路(以下、反応ガス流路ともいう)と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路(以下、反応ガス流路ともいう)とが設けられている。さらに、発電セル毎又は複数の発電セル毎に、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設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel (hereinafter also referred to as a reaction gas channel) for flowing a fuel gas to the anode electrode and an oxidant gas for flowing an oxidant gas to the cathode electrode in the plane of the separator A flow path (hereinafter also referred to as a reaction gas flow path) is provided. Furthermore, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator for each power generation cell or for each of the plurality of power generation cells.

ところで、セパレータの面内では、冷却媒体の流配や外部への放熱等により、反応ガス流路の中央付近の温度が高くなり易い。このため、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、図7に示すように、酸化剤ガスセパレータ1に酸化剤ガス流路2が設けられている。   By the way, in the plane of the separator, the temperature in the vicinity of the center of the reaction gas channel tends to increase due to the flow of the cooling medium, heat radiation to the outside, and the like. For this reason, for example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, an oxidant gas flow path 2 is provided in the oxidant gas separator 1 as shown in FIG.

酸化剤ガス流路2は、水平方向に延在する複数本のリブ部2a間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝2bを有している。酸化剤ガス流路2は、酸化剤ガス供給マニホールド3aと酸化剤ガス排出マニホールド3bとに連通している。酸化剤ガス流路溝2bは、セパレータ面内の端部から中央にかけてそれぞれの断面積を大きくしている。これにより、酸化剤ガス流路2の中央付近を流れる酸化剤ガスの質量流量が低下することを防止する、としている。   The oxidant gas flow path 2 has a plurality of oxidant gas flow path grooves 2b formed between a plurality of rib portions 2a extending in the horizontal direction. The oxidant gas flow path 2 communicates with the oxidant gas supply manifold 3a and the oxidant gas discharge manifold 3b. Each of the oxidant gas flow channel grooves 2b has a larger cross-sectional area from the end in the separator surface to the center. This prevents the mass flow rate of the oxidant gas flowing near the center of the oxidant gas flow path 2 from being lowered.

特開2005−174648号公報JP 2005-174648 A

上記の酸化剤ガスセパレータ1では、低負荷運転や低加湿運転において、冷媒流配や外部放熱が多い部分、すなわち、酸化剤ガス流路2の重力方向下方及び上方における相対湿度が高くなっている。このため、膜抵抗が低下して反応が集中することにより、生成水が増加し易くなっている。従って、セパレータ面内には、液滴(水)が滞留する滞留水領域4a、4bが存在するという問題がある。   In the oxidant gas separator 1 described above, the relative humidity in the portion where there is a large amount of refrigerant distribution and external heat dissipation, that is, the lower and upper direction of gravity of the oxidant gas flow path 2 is high in low load operation and low humidification operation. . For this reason, the generated water tends to increase because the membrane resistance decreases and the reaction concentrates. Therefore, there is a problem that the staying water regions 4a and 4b in which droplets (water) stay are present in the separator surface.

特に、特許文献1では、酸化剤ガス流路2の重力方向下方及び上方のリブ部2a同士の間隔が、前記酸化剤ガス流路2の重力方向中央のリブ部2a同士の間隔よりも小さく設定されている。これにより、酸化剤ガス流路2の重力方向下方及び上方では、リブ部2aと電解質膜・電極構造体(図示せず)との接触面積が前記酸化剤ガス流路2の重力方向中央に比べて大きくなり、接触抵抗が下がって生成水がさらに増加するという問題がある。   In particular, in Patent Document 1, the interval between the rib portions 2a below and above the oxidant gas flow path 2 in the gravity direction is set smaller than the distance between the rib portions 2a at the center of the oxidant gas flow path 2 in the gravity direction. Has been. As a result, the contact area between the rib portion 2a and the electrolyte membrane / electrode structure (not shown) is lower and higher in the gravity direction of the oxidant gas flow channel 2 than in the gravity direction center of the oxidant gas flow channel 2. There is a problem that the contact resistance is lowered and the generated water is further increased.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、セパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of reducing the accumulated water in the separator surface with a simple configuration and capable of performing stable power generation. With the goal.

本発明は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池に関するものである。   In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are respectively provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a horizontally long metal separator formed by corrugating a metal plate, are in a standing posture along the horizontal direction. A fuel that is stacked and has a reaction gas flow path that circulates a reaction gas that is an oxidant gas or a fuel gas along the horizontal direction, provided between the convex portions of the metal separator that contacts the electrolyte membrane / electrode structure. It relates to batteries.

金属セパレータは、水平方向一端に反応ガスを反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けている。そして、金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた凸部である第1凸部と電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第1接触面積は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第2凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さい。   The metal separator is provided with a reaction gas supply port for supplying a reaction gas to the reaction gas channel at one end in the horizontal direction, and a reaction gas discharge port for discharging the reaction gas from the reaction gas channel at the other end in the horizontal direction. ing. And the 1st contact area per unit area of the 1st convex part which is a convex part provided in the gravity direction upper part and the lower part of a metal separator, and an electrolyte membrane electrode structure is provided in the gravity direction center of the metal separator. It is smaller than the 2nd contact area per unit area of the 2nd convex part which is the said convex part, and the said electrolyte membrane and electrode structure.

また、この燃料電池では、第1凸部の電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法は、第2凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法よりも小さいことが好ましい。   Further, in this fuel cell, the vertical width dimension of the first convex portion contacting the electrolyte membrane / electrode structure is larger than the vertical dimension of the second convex portion contacting the electrolyte membrane / electrode structure. Small is preferable.

さらに、この燃料電池では、金属セパレータは、電解質膜・電極構造体との接触部位に金メッキ処理が施されるとともに、第1接触面積に設定される第1接触部位の金メッキ量は、第2接触面積に設定される第2接触部位の金メッキ量よりも少ないことが好ましい。   Further, in this fuel cell, the metal separator is subjected to a gold plating process on the contact portion with the electrolyte membrane / electrode structure, and the gold plating amount of the first contact portion set to the first contact area is the second contact amount. The amount is preferably smaller than the gold plating amount of the second contact portion set to the area.

さらにまた、この燃料電池では、第1凸部同士の離間間隔は、第2凸部同士の離間間隔よりも大きいことが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the spacing between the first protrusions is greater than the spacing between the second protrusions.

また、この燃料電池では、金属セパレータは、水平方向一端に反応ガスを反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた凸部である第1凸部同士の離間間隔は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第2凸部同士の離間間隔よりも大きくなっている。   In this fuel cell, the metal separator has a reaction gas supply port for supplying a reaction gas to the reaction gas channel at one end in the horizontal direction, and discharges the reaction gas from the reaction gas channel at the other end in the horizontal direction. The spacing between the first protrusions, which are the protrusions provided above and below the gravity direction of the metal separator, is provided in the center of the metal separator in the gravity direction. This is larger than the spacing between the second convex portions.

本発明では、金属セパレータの重力方向上方及び下方の第1接触面積が、前記金属セパレータの重力方向中央の第2接触面積よりも小さく設定されている。また、第1凸部同士の離間間隔は、第2凸部同士の離間間隔よりも大きく設定されている。   In this invention, the 1st contact area of the gravity direction upper direction and the downward direction of a metal separator is set smaller than the 2nd contact area of the gravity direction center of the said metal separator. Moreover, the separation interval between the first protrusions is set to be larger than the separation interval between the second protrusions.

このため、金属セパレータの重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体との接触抵抗が増加し、発電密度が低下する。従って、生成水量が減少するため、液滴の発生を良好に抑制することができる。これにより、簡単な構成で、セパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になる。   For this reason, the contact resistance with the electrolyte membrane / electrode structure is increased above and below the gravity direction of the metal separator as compared with the center in the gravity direction, and the power generation density is reduced. Accordingly, since the amount of generated water is reduced, the generation of droplets can be satisfactorily suppressed. Thereby, with a simple structure, the stagnant water in a separator surface can be reduced favorably, and it becomes possible to perform stable electric power generation.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記発電セルの、図1中、II−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the said electric power generation cell in FIG. 前記発電セルを構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said electric power generation cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記発電セルの、図4中、V−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. 4 of the said electric power generation cell. 前記発電セルを構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said electric power generation cell. 特許文献1に開示された燃料電池を構成する酸化剤ガスセパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the oxidant gas separator which comprises the fuel cell 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、複数の発電セル12が立位姿勢で水平方向(矢印A方向)に積層される。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction) in a standing posture.

発電セル12は、電解質膜・電極構造体(MEA)16と、前記電解質膜・電極構造体16を挟持する横長形状の第1金属セパレータ18及び第2金属セパレータ20とを備える。第1金属セパレータ18及び第2金属セパレータ20は、薄板状の金属プレートを、それぞれ波形状やディンプル形状等にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する(図2参照)。   The power generation cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 16 and horizontally elongated first metal separator 18 and second metal separator 20 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 16. The first metal separator 18 and the second metal separator 20 have a concavo-convex shape by pressing a thin metal plate into a wave shape, a dimple shape, or the like (see FIG. 2).

発電セル12の長辺方向(図1中、矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、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供給連通孔26a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔28a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔30bが設けられる。   An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge of the power generation cell 12 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 1) in communication with the arrow A direction. A communication hole 26a, a cooling medium supply communication hole 28a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole 30b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

発電セル12の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔28b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔26bが設けられる。   The other end edge in the long side direction of the power generation cell 12 communicates with each other in the direction of the arrow A, the fuel gas supply communication hole 30a for supplying fuel gas, and the cooling medium discharge communication hole for discharging the cooling medium. 28b, and an oxidant gas discharge communication hole 26b for discharging the oxidant gas.

図3に示すように、第1金属セパレータ18の電解質膜・電極構造体16に向かう面18aには、酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとを連通する酸化剤ガス流路(反応ガス流路)38が形成される。酸化剤ガス流路38は、例えば、矢印B方向(水平方向)に延在し電解質膜・電極構造体16に接触する複数本の凸部38aと、前記凸部38a間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝38bとを有する。   As shown in FIG. 3, on the surface 18a of the first metal separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16, an oxidant gas flow communicating the oxidant gas supply communication hole 26a and the oxidant gas discharge communication hole 26b. A passage (reaction gas passage) 38 is formed. The oxidant gas flow path 38 has, for example, a plurality of convex portions 38a extending in the direction of arrow B (horizontal direction) and in contact with the electrolyte membrane / electrode structure 16, and a plurality of convex portions 38a formed between the convex portions 38a. And an oxidant gas flow path groove 38b.

第1金属セパレータ18の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部38a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第1金属セパレータ18の重力方向中央に設けられた第2凸部38a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定される。   The first contact area per unit area between the first protrusion 38 a (e) provided above and below the first metal separator 18 in the direction of gravity and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is determined by the first metal separator 18. It is set smaller than the second contact area per unit area between the second convex portion 38a (c) provided at the center in the direction of gravity and the electrolyte membrane / electrode structure 16.

具体的には、図2及び図3に示すように、第1凸部38a(e)の幅寸法(矢印C方向の寸法)h1は、第2凸部38a(c)の幅寸法(矢印C方向の寸法)h2よりも小さな寸法に設定される(h1<h2)。第1凸部38a(e)は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第1凸部38a(e)の個数は、酸化剤ガス流路38の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法h1から幅寸法h2に段階的に大きな寸法に設定してもよい。   Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the width dimension (dimension in the direction of arrow C) h1 of the first protrusion 38a (e) is the width dimension (arrow C) of the second protrusion 38a (c). (Dimension in direction) is set to a size smaller than h2 (h1 <h2). A predetermined number of first protrusions 38a (e) are provided in the vertical direction. That is, the number of the first protrusions 38 a (e) can be set corresponding to the upper and lower stagnant water generation regions of the oxidant gas flow path 38. In addition, you may set to a large dimension in steps from the width dimension h1 to the width dimension h2 from the outer side to the inner side.

第1接触面積に設定される第1接触部位である第1凸部38a(e)には、第1金メッキ層39aが設けられるとともに、第2接触面積に設定される第2接触部位である第2凸部38a(c)には、第2金メッキ層39bが設けられる。図2に示すように、第1金メッキ層39aの単位面積当たりの金メッキ量は、第2金メッキ層39bの金メッキ量よりも少なく設定される。   A first gold plating layer 39a is provided on the first protrusion 38a (e), which is the first contact site set to the first contact area, and the second contact site is set to the second contact area. A second gold plating layer 39b is provided on the two convex portions 38a (c). As shown in FIG. 2, the gold plating amount per unit area of the first gold plating layer 39a is set smaller than the gold plating amount of the second gold plating layer 39b.

図3に示すように、酸化剤ガス流路38の入口側には、複数のエンボス40aeを有する入口バッファ部40aが設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路38の出口側には、複数のエンボス40beを有する出口バッファ部40bが設けられる。   As shown in FIG. 3, an inlet buffer portion 40 a having a plurality of embosses 40 ae is provided on the inlet side of the oxidant gas flow path 38, and a plurality of embossments are provided on the outlet side of the oxidant gas flow path 38. An outlet buffer portion 40b having 40be is provided.

図1に示すように、第2金属セパレータ20の電解質膜・電極構造体16に向かう面20aには、燃料ガス供給連通孔30aと燃料ガス排出連通孔30bとを連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)42が形成される。この燃料ガス流路42は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の凸部42aと、前記凸部42a間に形成される複数本の燃料ガス流路溝42bとを有する。   As shown in FIG. 1, a fuel gas flow path (reaction) that connects a fuel gas supply communication hole 30 a and a fuel gas discharge communication hole 30 b to the surface 20 a of the second metal separator 20 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16. Gas channel) 42 is formed. The fuel gas channel 42 has, for example, a plurality of convex portions 42a extending in the direction of arrow B, and a plurality of fuel gas channel grooves 42b formed between the convex portions 42a.

第2金属セパレータ20の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部42a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第2金属セパレータ20の重力方向中央に設けられた第2凸部42a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定される。   The first contact area per unit area between the first convex portion 42a (e) provided above and below the gravity direction of the second metal separator 20 and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is determined by the second metal separator 20. It is set to be smaller than the second contact area per unit area between the second convex portion 42a (c) provided at the center in the gravity direction and the electrolyte membrane / electrode structure 16.

具体的には、図2に示すように、第1凸部42a(e)の幅寸法(矢印C方向の寸法)h3は、第2凸部42a(c)の幅寸法h4よりも小さな寸法に設定される(h3<h4)。第1凸部42a(e)は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第1凸部42a(e)の個数は、燃料ガス流路42の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法h3から幅寸法h4に段階的に大きな寸法に設定してもよい。   Specifically, as shown in FIG. 2, the width dimension (dimension in the direction of arrow C) h3 of the first protrusion 42a (e) is smaller than the width dimension h4 of the second protrusion 42a (c). It is set (h3 <h4). A predetermined number of first protrusions 42a (e) are provided in the vertical direction. That is, the number of the first protrusions 42a (e) can be set corresponding to the accumulated water generation regions at the upper and lower portions of the fuel gas flow path 42. In addition, from the outside toward the inside, the width dimension h3 may be set to a large dimension stepwise from the width dimension h3.

第1接触面積に設定される第1接触部位である第1凸部42a(e)には、第1金メッキ層39cが設けられるとともに、第2接触面積に設定される第2接触部位である第2凸部42a(c)には、第2金メッキ層39dが設けられる。図2に示すように、第1金メッキ層39cの単位面積当たりの金メッキ量は、第2金メッキ層39dの金メッキ量よりも少なく設定される。   A first gold plating layer 39c is provided on the first convex portion 42a (e) which is a first contact portion set to the first contact area, and a second contact portion which is set to the second contact area. The second convex portion 42a (c) is provided with a second gold plating layer 39d. As shown in FIG. 2, the gold plating amount per unit area of the first gold plating layer 39c is set to be smaller than the gold plating amount of the second gold plating layer 39d.

図2に示すように、第1金属セパレータ18と第2金属セパレータ20とは、電解質膜・電極構造体16を挟持して積層された状態で、第1凸部38a(e)と第1凸部42a(e)とが互いに積層方向に重なり合っている。   As shown in FIG. 2, the first metal separator 18 and the second metal separator 20 are stacked with the electrolyte membrane / electrode structure 16 sandwiched therebetween, and the first protrusion 38a (e) and the first protrusion The portions 42a (e) overlap with each other in the stacking direction.

図1に示すように、燃料ガス流路42の入口側には、複数のエンボス43aeを有する入口バッファ部43aが設けられるとともに、前記燃料ガス流路42の出口側には、複数のエンボス43beを有する出口バッファ部43bが設けられる。電解質膜・電極構造体16は、両側からエンボス40ae、40beと43be、43aeとで挟持される。なお、以下に説明する第2の実施形態でも同様である。   As shown in FIG. 1, an inlet buffer 43a having a plurality of embosses 43ae is provided on the inlet side of the fuel gas passage 42, and a plurality of embosses 43be are provided on the outlet side of the fuel gas passage 42. An outlet buffer 43b is provided. The electrolyte membrane / electrode structure 16 is sandwiched between the embosses 40ae, 40be and 43be, 43ae from both sides. The same applies to the second embodiment described below.

第1金属セパレータ18の面18bと第2金属セパレータ20の面20bとの間には、冷却媒体供給連通孔28aと冷却媒体排出連通孔28bとを連通する冷却媒体流路44が一体的に形成される。冷却媒体流路44は、酸化剤ガス流路38及び燃料ガス流路42の裏面形状を重ね合わせて構成される。   Between the surface 18b of the first metal separator 18 and the surface 20b of the second metal separator 20, a cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium supply communication hole 28a and the cooling medium discharge communication hole 28b is integrally formed. Is done. The cooling medium flow path 44 is configured by overlapping the back surface shapes of the oxidant gas flow path 38 and the fuel gas flow path 42.

第1金属セパレータ18の面18a、18bには、この第1金属セパレータ18の外周端部を周回して第1シール部材46が一体成形される。第2金属セパレータ20の面20a、20bには、この第2金属セパレータ20の外周端部を周回して第2シール部材48が一体成形される。   A first seal member 46 is integrally formed on the surfaces 18 a and 18 b of the first metal separator 18 around the outer peripheral end of the first metal separator 18. A second seal member 48 is integrally formed on the surfaces 20 a and 20 b of the second metal separator 20 around the outer peripheral end of the second metal separator 20.

第1シール部材46及び第2シール部材48は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材を使用する。   The first seal member 46 and the second seal member 48 are, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber, or a cushion material. Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

第1シール部材46は、図1及び図3に示すように、面18a、18b上に均一な厚さを有して成形される平面シール部46aを有する。第1シール部材46は、面18a側で平面シール部46aから突出し、酸化剤ガス供給連通孔26a及び酸化剤ガス排出連通孔26bと酸化剤ガス流路38とを連通させる凸状シール部46bを有する(図3参照)。   As shown in FIGS. 1 and 3, the first seal member 46 has a flat seal portion 46a formed on the surfaces 18a and 18b with a uniform thickness. The first seal member 46 protrudes from the flat seal portion 46a on the surface 18a side, and has a convex seal portion 46b that communicates the oxidant gas supply communication hole 26a, the oxidant gas discharge communication hole 26b, and the oxidant gas flow path 38. (See FIG. 3).

第1シール部材46は、面18b側で平面シール部46aから突出し、冷却媒体供給連通孔28a及び冷却媒体排出連通孔28bと冷却媒体流路44とを連通させる凸状シール部46cを有する(図1参照)。   The first seal member 46 has a convex seal portion 46c that protrudes from the flat seal portion 46a on the surface 18b side and communicates the cooling medium supply communication hole 28a, the cooling medium discharge communication hole 28b, and the cooling medium flow path 44 (see FIG. 1).

第2シール部材48は、面20a、20b上に均一な厚さを有して形成される平面シール部48aを有する。第2シール部材48は、面20a側で平面シール部48aから突出し、燃料ガス供給連通孔30a及び燃料ガス排出連通孔30bを燃料ガス流路42に連通する凸状シール部48bを有する。   The second seal member 48 has a flat seal portion 48a formed with a uniform thickness on the surfaces 20a and 20b. The second seal member 48 has a convex seal portion 48 b that protrudes from the flat seal portion 48 a on the surface 20 a side and communicates the fuel gas supply communication hole 30 a and the fuel gas discharge communication hole 30 b with the fuel gas passage 42.

図2に示すように、電解質膜・電極構造体16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50と、前記固体高分子電解質膜50を挟持するカソード電極52及びアノード電極54とを備える。固体高分子電解質膜50は、カソード電極52及びアノード電極54よりも大きな表面積に設定され、外周縁部が前記カソード電極52及び前記アノード電極54の外周端部から外方に突出する。   As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structure 16 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 50 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 50 52 and an anode electrode 54. The solid polymer electrolyte membrane 50 is set to have a larger surface area than the cathode electrode 52 and the anode electrode 54, and the outer peripheral edge protrudes outward from the outer peripheral ends of the cathode electrode 52 and the anode electrode 54.

カソード電極52及びアノード電極54は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層52a、54a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52a、54aの表面に一様に塗布された電極触媒層52b、54bとを有する。   In the cathode electrode 52 and the anode electrode 54, gas diffusion layers 52a and 54a made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface are uniformly applied to the surfaces of the gas diffusion layers 52a and 54a. Electrode catalyst layers 52b and 54b.

電極触媒層52b、54bは、固体高分子電解質膜50の両面に形成され、前記電極触媒層52b、54bの外周端部は、第1金属セパレータ18の凸部と第2金属セパレータ20の凸部とにより挟持される。なお、以下に説明する第2の実施形態でも同様である。   The electrode catalyst layers 52b and 54b are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 50, and the outer peripheral ends of the electrode catalyst layers 52b and 54b are the protrusions of the first metal separator 18 and the protrusions of the second metal separator 20, respectively. It is pinched by. The same applies to the second embodiment described below.

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.

図1に示すように、燃料電池10内では、酸化剤ガス供給連通孔26aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔30aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔28aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、各発電セル12では、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印A方向に供給される。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell 10, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 26a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 30a. Supplied. Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 28a. For this reason, in each power generation cell 12, the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied in the direction of arrow A, respectively.

酸化剤ガスは、図3に示すように、酸化剤ガス供給連通孔26aから第1金属セパレータ18の酸化剤ガス流路38に導入され、電解質膜・電極構造体16のカソード電極52に沿って移動する。一方、燃料ガスは、図1に示すように、燃料ガス供給連通孔30aから第2金属セパレータ20の燃料ガス流路42に導入され、電解質膜・電極構造体16のアノード電極54に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 38 of the first metal separator 18 through the oxidant gas supply communication hole 26 a, and along the cathode electrode 52 of the electrolyte membrane / electrode structure 16. Moving. On the other hand, as shown in FIG. 1, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 42 of the second metal separator 20 through the fuel gas supply communication hole 30a and moves along the anode electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 16. To do.

従って、各電解質膜・電極構造体16では、カソード電極52に供給される酸化剤ガスと、アノード電極54に供給される燃料ガスとが、電極触媒層52b、54b内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 16, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 52 and the fuel gas supplied to the anode electrode 54 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layers 52b and 54b. Power generation is performed.

次いで、カソード電極52に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔26bに排出されて、矢印A方向に流動する。同様に、アノード電極54に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔30bに排出されて、矢印A方向に流動する。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 52 is discharged to the oxidant gas discharge communication hole 26b and flows in the direction of arrow A. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 54 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 30b and flows in the direction of arrow A.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔28aから第1金属セパレータ18及び第2金属セパレータ20間の冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体16を冷却した後、冷却媒体排出連通孔28bを移動して燃料電池10から排出される。   The cooling medium flows through the cooling medium supply communication hole 28a into the cooling medium flow path 44 between the first metal separator 18 and the second metal separator 20 and then flows along the arrow B direction. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 16, and then moves through the cooling medium discharge communication hole 28 b and is discharged from the fuel cell 10.

この場合、第1の実施形態では、図2及び図3に示すように、第1金属セパレータ18の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部38a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第1金属セパレータ18の重力方向中央に設けられた第2凸部38a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定されている。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the first protrusion 38 a (e) and the electrolyte membrane / electrode structure provided above and below the gravity direction of the first metal separator 18. The first contact area per unit area with the first metal separator 18 per unit area between the second convex portion 38a (c) provided in the center of the gravity direction of the first metal separator 18 and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is as follows. It is set smaller than the second contact area.

このため、特に液滴が発生し易い第1金属セパレータ18の重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体16との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。従って、第1金属セパレータ18の面内において、重力方向上方及び下方の生成水量が減少するため、液滴の発生を良好に抑制することができる。   For this reason, the contact resistance value with the electrolyte membrane / electrode structure 16 is increased and the power generation density is decreased, particularly in the upper and lower direction of the first metal separator 18 where droplets are likely to be generated, compared to the center in the direction of gravity. . Accordingly, in the plane of the first metal separator 18, the amount of generated water above and below the direction of gravity decreases, so that the generation of droplets can be satisfactorily suppressed.

しかも、第1凸部38a(e)に設けられる第1金メッキ層39aの金メッキ量は、第2凸部38a(c)に設けられる第2金メッキ層39bの金メッキ量よりも少なく設定されている。すなわち、金メッキ量を削減することにより、接触抵抗値を上げることが可能になる。   Moreover, the gold plating amount of the first gold plating layer 39a provided on the first protrusion 38a (e) is set to be smaller than the gold plating amount of the second gold plating layer 39b provided on the second protrusion 38a (c). That is, the contact resistance value can be increased by reducing the amount of gold plating.

これにより、簡単な構成で、第1金属セパレータ18のセパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になるという効果が得られる。   Thereby, with the simple structure, the stagnant water in the separator surface of the 1st metal separator 18 can be reduced favorably, and the effect that it becomes possible to perform stable electric power generation is acquired.

一方、第2金属セパレータ20の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部42a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第2金属セパレータ20の重力方向中央に設けられた第2凸部42a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定されている。   On the other hand, the first contact area per unit area between the first convex portion 42a (e) provided above and below the gravity direction of the second metal separator 20 and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is the second metal separator. 20 is set to be smaller than the second contact area per unit area between the second convex portion 42a (c) provided at the center in the gravity direction and the electrolyte membrane / electrode structure 16.

しかも、第1凸部42a(e)に設けられる第1金メッキ層39cの金メッキ量は、第2凸部42a(c)に設けられる第2金メッキ層39dの金メッキ量よりも少なく設定されている。すなわち、金メッキ量を削減することにより、接触抵抗値を上げることが可能になる。   Moreover, the gold plating amount of the first gold plating layer 39c provided on the first protrusion 42a (e) is set to be smaller than the gold plating amount of the second gold plating layer 39d provided on the second protrusion 42a (c). That is, the contact resistance value can be increased by reducing the amount of gold plating.

このため、第2金属セパレータ20の面内において、特に液滴が発生し易い重力方向上方及び下方の生成水量が減少し、液滴の発生を良好に抑制することができる。これにより、簡単な構成で、第2金属セパレータ20のセパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になるという効果が得られる。   For this reason, in the surface of the second metal separator 20, the amount of water produced above and below the direction of gravity where droplets are particularly likely to decrease is reduced, and the generation of droplets can be suppressed satisfactorily. Thereby, with the simple structure, the retained water in the separator surface of the 2nd metal separator 20 can be reduced favorably, and the effect that it becomes possible to perform stable electric power generation is acquired.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池60を構成する発電セル62の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. 4 is an exploded perspective view of the power generation cell 62 constituting the fuel cell 60 according to the second embodiment of the present invention. 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.

発電セル62は、電解質膜・電極構造体16と、前記電解質膜・電極構造体16を挟持する横長形状の第1金属セパレータ64及び第2金属セパレータ66とを備える(図4及び図5参照)。   The power generation cell 62 includes an electrolyte membrane / electrode structure 16, and horizontally long first metal separators 64 and second metal separators 66 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 16 (see FIGS. 4 and 5). .

図6に示すように、第1金属セパレータ64の電解質膜・電極構造体16に向かう面64aには、酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとを連通する酸化剤ガス流路(反応ガス流路)68が形成される。酸化剤ガス流路68は、例えば、矢印B方向(水平方向)に延在し電解質膜・電極構造体16に接触する複数本の凸部68aと、前記凸部68a間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝68bとを有する。   As shown in FIG. 6, on the surface 64a of the first metal separator 64 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16, an oxidant gas flow communicating the oxidant gas supply communication hole 26a and the oxidant gas discharge communication hole 26b. A passage (reaction gas passage) 68 is formed. The oxidant gas flow path 68 includes, for example, a plurality of protrusions 68a extending in the direction of arrow B (horizontal direction) and in contact with the electrolyte membrane / electrode structure 16, and a plurality of protrusions 68a formed between the protrusions 68a. And an oxidant gas flow path groove 68b.

第1金属セパレータ64の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部68a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第1金属セパレータ64の重力方向中央に設けられた第2凸部68a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定される。   The first contact area per unit area between the first protrusion 68 a (e) provided above and below the first metal separator 64 in the gravity direction and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is determined by the first metal separator 64. It is set smaller than the second contact area per unit area between the second convex portion 68a (c) provided at the center in the direction of gravity and the electrolyte membrane / electrode structure 16.

具体的には、図5及び図6に示すように、第1凸部68a(e)同士の離間間隔(矢印C方向の間隔)S1は、第2凸部68a(c)同士の離間間隔S2よりも大きな寸法に設定される(S2<S1)。第1凸部68a(e)は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第1凸部68a(e)の個数は、酸化剤ガス流路68の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法h1から幅寸法h2に段階的に小さな寸法に設定してもよい。   Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the separation interval (interval in the direction of arrow C) S1 between the first protrusions 68a (e) is the separation interval S2 between the second protrusions 68a (c). Larger dimension (S2 <S1). A predetermined number of first protrusions 68a (e) are provided in the vertical direction. That is, the number of first protrusions 68a (e) can be set corresponding to the upper and lower stagnant water generation regions of the oxidant gas flow path 68. In addition, from the outside toward the inside, the width dimension h1 may be set to a small dimension stepwise from the width dimension h1.

図4に示すように、第2金属セパレータ66の電解質膜・電極構造体16に向かう面66aには、燃料ガス供給連通孔30aと燃料ガス排出連通孔30bとを連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)70が形成される。燃料ガス流路70は、例えば、矢印B方向(水平方向)に延在し電解質膜・電極構造体16に接触する複数本の凸部70aと、前記凸部70a間に形成される複数本の燃料ガス流路溝70bとを有する。   As shown in FIG. 4, the surface 66a of the second metal separator 66 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16 has a fuel gas flow path (reaction) communicating with the fuel gas supply communication hole 30a and the fuel gas discharge communication hole 30b. Gas channel) 70 is formed. The fuel gas flow path 70 includes, for example, a plurality of protrusions 70a extending in the direction of arrow B (horizontal direction) and contacting the electrolyte membrane / electrode structure 16, and a plurality of protrusions 70a formed between the protrusions 70a. And a fuel gas channel groove 70b.

第2金属セパレータ66の重力方向上方及び下方に設けられた第1凸部70a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、前記第2金属セパレータ66の重力方向中央に設けられた第2凸部70a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定される。   The first contact area per unit area between the first protrusion 70a (e) provided above and below the second metal separator 66 in the direction of gravity and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is determined by the second metal separator 66. It is set smaller than the second contact area per unit area between the second convex portion 70a (c) provided at the center in the direction of gravity and the electrolyte membrane / electrode structure 16.

具体的には、図4及び図5に示すように、第1凸部70a(e)同士の離間間隔(矢印C方向の間隔)S3は、第2凸部70a(c)同士の離間間隔S4よりも大きな寸法に設定される(S4<S3)。第1凸部70a(e)は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第1凸部70a(e)の個数は、燃料ガス流路70の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法h3から幅寸法h4に段階的に小さな寸法に設定してもよい。   Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the separation interval (interval in the direction of arrow C) S3 between the first protrusions 70a (e) is the separation interval S4 between the second protrusions 70a (c). Larger dimension (S4 <S3). A predetermined number of first protrusions 70a (e) are provided in the vertical direction. That is, the number of the first protrusions 70 a (e) can be set corresponding to the upper and lower stagnant water generation regions of the fuel gas channel 70. In addition, from the outside toward the inside, the width dimension h3 may be set to a small dimension stepwise from the width dimension h3.

互いに隣接する第1金属セパレータ64の面64bと第2金属セパレータ66の面66bとの間には、冷却媒体流路44が形成される。   A cooling medium flow path 44 is formed between the surface 64 b of the first metal separator 64 and the surface 66 b of the second metal separator 66 adjacent to each other.

このように構成される第2の実施形態では、図5及び図6に示すように、第1金属セパレータ64において、第1凸部68a(e)同士の離間間隔S1は、第2凸部68a(c)同士の離間間隔S2よりも大きな寸法に設定されている。このため、第1凸部68a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、第2凸部68a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定されている。   In the second embodiment configured as described above, as shown in FIGS. 5 and 6, in the first metal separator 64, the separation interval S <b> 1 between the first protrusions 68 a (e) is the second protrusion 68 a. (C) The dimension is set to be larger than the distance S2 between them. For this reason, the first contact area per unit area between the first convex portion 68a (e) and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is the same as that between the second convex portion 68a (c) and the electrolyte membrane / electrode structure 16. It is set smaller than the second contact area per unit area.

従って、特に液滴が発生し易い第1金属セパレータ64の重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体16との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。   Therefore, particularly in the upper and lower direction of the first metal separator 64 where droplets are likely to be generated, the contact resistance value with the electrolyte membrane / electrode structure 16 increases and the power generation density decreases compared to the center in the direction of gravity.

同様に、第2金属セパレータ66において、図5に示すように、第1凸部70a(e)同士の離間間隔S3は、第2凸部70a(c)同士の離間間隔S4よりも大きな寸法に設定されている。これにより、第1凸部70a(e)と電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第1接触面積は、第2凸部70a(c)と前記電解質膜・電極構造体16との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さく設定されている。   Similarly, in the second metal separator 66, as shown in FIG. 5, the spacing S3 between the first protrusions 70a (e) is larger than the spacing S4 between the second protrusions 70a (c). Is set. As a result, the first contact area per unit area between the first convex portion 70a (e) and the electrolyte membrane / electrode structure 16 is the same as that between the second convex portion 70a (c) and the electrolyte membrane / electrode structure 16. It is set smaller than the second contact area per unit area.

このため、特に液滴が発生し易い第2金属セパレータ66の重力方向上方及び下方では、電解質膜・電極構造体16との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。従って、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   For this reason, the contact resistance value with the electrolyte membrane / electrode structure 16 increases and the power generation density decreases particularly above and below the gravity direction of the second metal separator 66 where droplets are likely to be generated. Therefore, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

10、60…燃料電池 12、62…発電セル
16…電解質膜・電極構造体 18、20、64、66…金属セパレータ
26a…酸化剤ガス供給連通孔 26b…酸化剤ガス排出連通孔
28a…冷却媒体供給連通孔 28b…冷却媒体排出連通孔
30a…燃料ガス供給連通孔 30b…燃料ガス排出連通孔
38、68…酸化剤ガス流路
38a、38a(c)、38a(e)、42a、42a(c)、42a(e)、68a、68a(c)、68a(e)、70a、70a(c)、70a(e)…凸部
38b、68b…酸化剤ガス流路溝 39a〜39d…金メッキ層
42、70…燃料ガス流路 42b、70b…燃料ガス流路溝
44…冷却媒体流路 46、48…シール部材
50…固体高分子電解質膜 52…カソード電極
54…アノード電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60 ... Fuel cell 12, 62 ... Power generation cell 16 ... Electrolyte membrane and electrode structure 18, 20, 64, 66 ... Metal separator 26a ... Oxidant gas supply communication hole 26b ... Oxidant gas discharge communication hole 28a ... Cooling medium Supply communication hole 28b ... Cooling medium discharge communication hole 30a ... Fuel gas supply communication hole 30b ... Fuel gas discharge communication hole 38, 68 ... Oxidant gas flow path 38a, 38a (c), 38a (e), 42a, 42a (c) ), 42a (e), 68a, 68a (c), 68a (e), 70a, 70a (c), 70a (e) ... convex portions 38b, 68b ... oxidant gas flow path grooves 39a to 39d ... gold plating layer 42 , 70 ... Fuel gas passage 42b, 70b ... Fuel gas passage groove 44 ... Cooling medium passage 46, 48 ... Seal member 50 ... Solid polymer electrolyte membrane 52 ... Cathode electrode 54 ... Anode electrode

Claims (5)

固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池であって、
前記金属セパレータは、水平方向一端に前記反応ガスを前記反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、
前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた前記凸部である第1凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第1接触面積は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第2凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第2接触面積よりも小さいことを特徴とする燃料電池。
An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a horizontally long metal separator formed by corrugating a metal plate are stacked in a horizontal position in a standing position. A fuel cell in which a reaction gas flow path for flowing a reaction gas that is an oxidant gas or a fuel gas along a horizontal direction is provided between convex portions of the metal separator in contact with the electrolyte membrane / electrode structure, ,
The metal separator has a reaction gas supply port for supplying the reaction gas to the reaction gas channel at one end in the horizontal direction, and a reaction gas exhaust for discharging the reaction gas from the reaction gas channel at the other end in the horizontal direction. While providing an exit,
The first contact area per unit area between the first convex portion, which is the convex portion provided above and below the metal separator in the gravity direction, and the electrolyte membrane / electrode structure is at the center of the metal separator in the gravity direction. A fuel cell, characterized in that it is smaller than a second contact area per unit area between the provided second convex portion, which is the convex portion, and the electrolyte membrane / electrode structure.
請求項1記載の燃料電池において、前記第1凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法は、前記第2凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法よりも小さいことを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein a width dimension in a vertical direction in contact with the electrolyte membrane / electrode structure of the first convex portion is a vertical direction in contact with the electrolyte membrane / electrode structure of the second convex portion. A fuel cell, characterized in that it is smaller than the width dimension. 請求項1又は2記載の燃料電池において、前記金属セパレータは、前記電解質膜・電極構造体との接触部位に金メッキ処理が施されるとともに、
前記第1接触面積に設定される第1接触部位の金メッキ量は、前記第2接触面積に設定される第2接触部位の金メッキ量よりも少ないことを特徴とする燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the metal separator is subjected to a gold plating treatment at a contact portion with the electrolyte membrane / electrode structure,
The fuel cell according to claim 1, wherein a gold plating amount of the first contact portion set to the first contact area is smaller than a gold plating amount of the second contact portion set to the second contact area.
請求項1記載の燃料電池において、前記第1凸部同士の離間間隔は、前記第2凸部同士の離間間隔よりも大きいことを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the spacing between the first protrusions is greater than the spacing between the second protrusions. 固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池であって、
前記金属セパレータは、水平方向一端に前記反応ガスを前記反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、
前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた前記凸部である第1凸部同士の離間間隔は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第2凸部同士の離間間隔よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a horizontally long metal separator formed by corrugating a metal plate are stacked in a horizontal position in a standing position. A fuel cell in which a reaction gas flow path for flowing a reaction gas that is an oxidant gas or a fuel gas along a horizontal direction is provided between convex portions of the metal separator in contact with the electrolyte membrane / electrode structure, ,
The metal separator has a reaction gas supply port for supplying the reaction gas to the reaction gas channel at one end in the horizontal direction, and a reaction gas exhaust for discharging the reaction gas from the reaction gas channel at the other end in the horizontal direction. While providing an exit,
The spacing between the first protrusions that are the protrusions provided above and below the gravity direction of the metal separator is the distance between the second protrusions that are the protrusions provided at the center of the metal separator in the gravity direction. A fuel cell characterized by being larger than the separation interval.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110323476A (en) * 2018-03-28 2019-10-11 丰田自动车株式会社 Fuel cell
JP7337720B2 (en) 2020-01-30 2023-09-04 本田技研工業株式会社 Junction Separator, Metal Separator, and Method for Manufacturing Fuel Cell Stack

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