JP2016213151A - Separator, cell stack and fuel cell system - Google Patents

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通夫 瀬戸
金子 亮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technology that prevents generation of flooding in a solid polymer fuel cell.SOLUTION: An anode separator 50 comprises an inner separator 51 that is adhered to an anode side of MEA, and an outer separator 55 that is mounted outside of the inner separator. The inner separator 51 forms a first flow channel including a plurality of first branch flow channels 522 between the inner separator and the MEA in a protrusive space that is made by sheet metal press work. The outer separator 55 forms a plurality of second branch flow channels 564 by covering a groove that is formed between the plurality of first branch flow channels 522 and secures a gas flow-in/flow-out path to the second branch flow channel 564 with a second introduction reservoir part 562 and a second discharge reservoir part 563 that are formed from a protrusive space which is made by sheet metal press work. A vent hole is formed on a bottom of the second branch flow channel 564. Hydrogen gases are made flow into the first branch flow channel 522 and the second branch flow channel 564 in such a manner that circulation directions become opposite to each other.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池のセパレータ等に関する。   The present invention relates to a separator for a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池の1つとして固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell,)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
固体高分子形燃料電池の問題の1つとして“フラッディング”と呼ばれる電池性能を低下させる現象が知られている。すなわち、図18に示すように、固体高分子形燃料電池のセルスタックを構成するシングルセル内のセパレータ90(水素セパレータ、燃料極側の気体拡散部を構成する集電板、バイポーラプレート)では、水素流入口92のある一の辺縁部から未反応水素を排出する水素排出口94のある反対側の辺縁部へ向けて水素流路93が蛇行して設けられている。そして、水素流路93の上流に当たる流入口付近AHでは、水素濃度が高いため発電電流が多く高温になるが、下流に当たる排出口付近ALでは水素濃度が低下するため発電電流が少なく相対的に低温となる。その為、流入口付近AHで反応(アノード表面でのイオン化反応)に伴い生じた水が水蒸気となって下流側へ流れるが、排出口付近ALでは結露し得る。これが進展した状態がフラッディングであり、結露した水で流路が狭くなり、場合によっては流路が閉鎖される場合もある。フラッディングが発生すると、セルスタックを構成するセル内の電極接合体(固体高分子膜(電解質)と電極の接合体:MEA:Membrane Electrode Assembly)は、滞留した水による導電物質の酸化腐食反応によって劣化が進み、やがて発電不能な状態となる。
A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is known as one of the fuel cells (see, for example, Patent Document 1).
As one of the problems of polymer electrolyte fuel cells, a phenomenon called “flooding” that degrades battery performance is known. That is, as shown in FIG. 18, in the separator 90 (hydrogen separator, current collector plate constituting the gas diffusion part on the fuel electrode side, bipolar plate) in the single cell constituting the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell, A hydrogen flow path 93 is provided in a meandering manner from one edge of the hydrogen inlet 92 toward the opposite edge of the hydrogen outlet 94 for discharging unreacted hydrogen. In the vicinity of the inlet AH corresponding to the upstream side of the hydrogen flow path 93, the hydrogen concentration is high and the generated current is large and the temperature is high. It becomes. For this reason, water generated by the reaction (ionization reaction at the anode surface) near the inlet AH flows into the downstream side as water vapor, but condensation can occur in the vicinity of the outlet AL. The state in which this has progressed is flooding, and the flow path is narrowed by condensed water, and in some cases, the flow path is closed. When flooding occurs, the electrode assembly (solid polymer membrane (electrolyte) and electrode assembly: MEA: Membrane Electrode Assembly) in the cell constituting the cell stack deteriorates due to the oxidative corrosion reaction of the conductive material caused by the accumulated water. As time goes on, power generation is no longer possible.

フラッディング対策としては、例えば、各セルの電圧を計測して一定電圧以下となった場合にスタックへの水素の供給口と排出口とを切り替え、発電分布の偏りを低減する技術が知られるところである(例えば、特許文献2を参照)。   As a countermeasure against flooding, for example, a technique is known in which the voltage of each cell is measured and the supply port and the discharge port of hydrogen are switched to reduce the bias in power generation distribution when the voltage drops below a certain voltage. (For example, see Patent Document 2).

特開2003−317753号公報JP 2003-317753 A 特開2006−210118号公報JP 2006-210118 A

特許文献1,2に開示された技術では、発電分布が偏った状態をできるだけ減らし、MEA(Membrane Electrode Assembly)の劣化を抑制して寿命を延ばすことは可能であるが、根本的に発電分布の偏りを防止することはできなかった。   In the technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is possible to reduce the state of uneven power generation distribution as much as possible and to suppress the deterioration of MEA (Membrane Electrode Assembly), thereby extending the service life. Unevenness could not be prevented.

そこで、本発明は、固体高分子形燃料電池におけるフラッディングの発生を防止する新たな技術を実現することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to realize a new technique for preventing the occurrence of flooding in a polymer electrolyte fuel cell.

上記課題を解決するための第1の発明は、発電用の気体を通流させる気体流路が形成された固体高分子形燃料電池のセパレータであって、アウターセパレータと、前記アウターセパレータと電解質膜との間に設けられ、第1気体流路と第2気体流路との隔壁を構成するインナーセパレータと、を備え、
前記アウターセパレータと前記インナーセパレータの外面間で前記第2気体流路が形成され、前記インナーセパレータの内面で前記第1気体流路が形成され、且つ、前記第1気体流路の通流方向と前記第2気体流路の通流方向とが対向関係をなして併走するように構成されたセパレータである。
A first invention for solving the above problems is a separator of a polymer electrolyte fuel cell in which a gas flow path for allowing a gas for power generation to flow is formed, the outer separator, the outer separator, and the electrolyte membrane And an inner separator that forms a partition wall between the first gas flow path and the second gas flow path,
The second gas flow path is formed between the outer surfaces of the outer separator and the inner separator, the first gas flow path is formed on the inner surface of the inner separator, and the flow direction of the first gas flow path It is the separator comprised so that the flow direction of the said 2nd gas flow path may run in opposition.

第2の発明は、前記第1気体流路が、前記気体を複数の第1枝流路に導入するために一時的に溜める第1導入溜め部と、当該第1導入溜め部から分岐された前記複数の第1枝流路と、前記複数の第1枝流路を通流した前記気体を一時的に溜めて排出する第1排出溜め部と、を有し、前記第2気体流路は、前記気体を複数の第2枝流路に導入するために一時的に溜める第2導入溜め部と、当該第2導入溜め部から分岐された前記複数の第2枝流路と、前記複数の第2枝流路を通流した前記気体を一時的に溜めて排出する第2排出溜め部と、を有し、前記第1枝流路と前記第2枝流路とが、互いの通流方向が対向関係をなして併走するように交互に構成された、第1の発明のセパレータである。   According to a second aspect of the present invention, the first gas flow path is branched from a first introduction reservoir that temporarily accumulates the gas into the plurality of first branch channels, and the first introduction reservoir. A plurality of first branch passages; and a first discharge reservoir for temporarily storing and discharging the gas flowing through the plurality of first branch passages. , A second introduction reservoir for temporarily storing the gas into the plurality of second branch channels, the plurality of second branch channels branched from the second introduction reservoir, and the plurality of A second discharge reservoir that temporarily stores and discharges the gas flowing through the second branch flow path, and the first branch flow path and the second branch flow path communicate with each other. 1 is a separator according to a first aspect of the present invention, the directions of which are alternately arranged so that the directions thereof are parallel to each other.

第3の発明は、前記インナーセパレータが、前記第1枝流路と前記第2枝流路との併走を形成する部分の断面が蛇行状に構成され、且つ、当該蛇行状部分において、前記アウターセパレータとの間で形成される前記第2枝流路の部分には、前記電解質膜に通じる開口が設けられている、第2の発明のセパレータである。   According to a third aspect of the present invention, a cross section of a portion where the inner separator forms a parallel run of the first branch flow path and the second branch flow path is configured in a serpentine shape, and In the separator according to the second aspect of the present invention, an opening leading to the electrolyte membrane is provided in a portion of the second branch channel formed between the separator and the separator.

第1〜第3の何れかの発明によれば、第1気体流路と第2気体流路とでは発電用の気体の流れる方向が逆で且つ併走するので、一方の気体流路に係る低温部の近傍に、他方の気体流路に係る高温部が存在することになる。よって、水蒸気が結露するような低温部が生じ難く、フラッディングの発生を防止できる構造となる。   According to any one of the first to third inventions, the first gas flow path and the second gas flow path run in opposite directions in the direction of flow of the power generation gas. The high temperature part which concerns on the other gas flow path exists in the vicinity of a part. Therefore, it is difficult to generate a low-temperature portion in which water vapor is condensed, and a structure that can prevent flooding is obtained.

第4の発明は、前記インナーセパレータ及び前記アウターセパレータは、金属板をプレス加工して製造される、第2又は第3の発明のセパレータである。   A fourth invention is the separator according to the second or third invention, wherein the inner separator and the outer separator are manufactured by pressing a metal plate.

第4の発明によれば、製造が比較的容易であり、製造コストを低減できる。   According to the fourth invention, manufacturing is relatively easy and manufacturing cost can be reduced.

第2〜第4の何れかの発明のセパレータにおいては、第5の発明として、前記第1導入溜め部と前記第2排出溜め部とが、前記セパレータの一の辺縁部側に設けられ、前記第1排出溜め部と前記第2導入溜め部とが、前記セパレータの他の辺縁部側に設けられた、セパレータを構成することもできる。   In the separator of any one of the second to fourth inventions, as a fifth invention, the first introduction reservoir and the second discharge reservoir are provided on one edge side of the separator, The first discharge reservoir and the second introduction reservoir can constitute a separator provided on the other edge side of the separator.

第6の発明は、第5の発明の2つのセパレータを、前記電解質膜を挟むようにして1つのセルを構成したセルスタックである。   A sixth invention is a cell stack in which one separator is constituted by sandwiching the electrolyte membrane between two separators of the fifth invention.

第6の発明によれば、アノード側とカソード側の両方のセパレータを同一とすることで、セルスタックの製造コストを低減できる。   According to the sixth invention, the manufacturing cost of the cell stack can be reduced by making both the anode side and cathode side separators the same.

第7の発明は、第6の発明のセルスタックと、前記一の辺縁部側となる前記セルスタックの第1領域における燃料反応度合いを計測する第1反応計測部(例えば、図17の第1反応センサ71)と、前記他の辺縁部側となる前記セルスタックの第2領域における燃料反応度合いを計測する第2反応計測部(例えば、図17の第2反応センサ72)と、前記第1導入溜め部への流量を調整する第1流量調整部(例えば、図17の第1の電動ポンプ146)と、前記第2導入溜め部への流量を調整する第2流量調整部(例えば、図17の第2の電動ポンプ147)と、前記第1及び第2反応計測部それぞれの計測結果に基づいて、前記第1及び第2流量調整部を制御する制御部(例えば、図17のCPU74)と、を備えた燃料電池システムである。   A seventh invention is a first reaction measuring unit (for example, the first reaction measuring unit shown in FIG. 17) that measures the degree of fuel reaction in the cell stack of the sixth invention and the first region of the cell stack on the one edge side. 1 reaction sensor 71), a second reaction measurement unit (for example, the second reaction sensor 72 in FIG. 17) that measures the degree of fuel reaction in the second region of the cell stack on the other edge side, A first flow rate adjusting unit (for example, the first electric pump 146 in FIG. 17) that adjusts the flow rate to the first introduction reservoir, and a second flow rate adjusting unit (for example, the flow rate to the second introduction reservoir) (for example, , The second electric pump 147 in FIG. 17, and a control unit (for example, in FIG. 17) that controls the first and second flow rate adjustment units based on the measurement results of the first and second reaction measurement units. CPU74), a fuel cell system comprising .

第7の発明によれば、更に気体流路別に流量を調整して第1領域と第2領域とを領域別に発電量すなわち発熱量を調整することができる第6の発明のセルスタックを用いた燃料電池システムを実現できる。仮に何らかの理由で第1領域と第2領域とで反応度合いの差が生まれたとしてもこれを補正し、結露を生むような低温箇所の発生を防ぐことができる。   According to the seventh aspect of the invention, the cell stack of the sixth aspect of the invention is used in which the flow rate is further adjusted for each gas flow path, and the power generation amount, that is, the heat generation amount, can be adjusted for each of the first region and the second region. A fuel cell system can be realized. Even if there is a difference in the degree of reaction between the first region and the second region for some reason, this can be corrected to prevent the occurrence of low-temperature spots that cause condensation.

固体高分子形燃料電池の構成例を示す(1)正面図、(2)側面図。The structural example of a polymer electrolyte fuel cell shows (1) front view, (2) side view. アノードセパレータの構成例を示す正面斜め下から見た斜視外観図。The perspective appearance figure seen from the front slanting bottom which shows the example of composition of an anode separator. アノードセパレータの構成例の分解図。The exploded view of the structural example of an anode separator. インナーセパレータの構成例を示す図であって、(1)上面図、(2)正面図、(3)下面図、(4)側面図。It is a figure which shows the structural example of an inner separator, Comprising: (1) Top view, (2) Front view, (3) Bottom view, (4) Side view. 図4のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 図4のB−B断面図。BB sectional drawing of FIG. 図4のC−C断面図。CC sectional drawing of FIG. 図4のD−D断面図。DD sectional drawing of FIG. アウターセパレータの構成例を示す図であって、(1)上面図、(2)正面図、(3)下面図。It is a figure which shows the structural example of an outer separator, Comprising: (1) Top view, (2) Front view, (3) Bottom view. 図9のF−F断面図。FF sectional drawing of FIG. 図9のE−E断面図。EE sectional drawing of FIG. 第1実施形態における燃料電池システムの燃料系並びに制御系に係るシステム構成を示す図。The figure which shows the system configuration | structure which concerns on the fuel system and control system of the fuel cell system in 1st Embodiment. アノードセパレータにおける水素ガスの第1の通流方向を説明する為の正面図。The front view for demonstrating the 1st flow direction of the hydrogen gas in an anode separator. 図13のG−G断面における水素ガスの第1の通流方向を説明する為の断面図。Sectional drawing for demonstrating the 1st flow direction of the hydrogen gas in the GG cross section of FIG. アノードセパレータにおける水素ガスの第2の通流方向を説明する為の正面図Front view for explaining the second flow direction of hydrogen gas in the anode separator 図15のH−H断面における水素ガスの第2の通流方向を説明する為の断面図Sectional drawing for demonstrating the 2nd flow direction of the hydrogen gas in the HH cross section of FIG. 第2実施形態における燃料電池システムの燃料系並びに制御系に係るシステム構成を示す図。The figure which shows the system configuration | structure which concerns on the fuel system and control system of the fuel cell system in 2nd Embodiment. 従来のアノードセパレータの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the conventional anode separator.

〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態における固体高分子形燃料電池の構成例を示す(1)正面図、(2)側面図である。
固体高分子形燃料電池のセルスタック2は、高分子イオン交換膜を電解質として用い、発電用燃料として水素ガスと酸素ガス(又は大気)を用いるタイプの燃料電池である。セルスタック2は、複数のシングルセル5を積層し、その両端をマイナス電極6とプラス電極7とで挟み、更にそれらの両端を絶縁版8とエンドプレート9a,9bとで挟んで一体に連結している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a (1) front view and (2) side view showing a configuration example of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment.
The cell stack 2 of the polymer electrolyte fuel cell is a type of fuel cell that uses a polymer ion exchange membrane as an electrolyte and uses hydrogen gas and oxygen gas (or the atmosphere) as power generation fuel. The cell stack 2 is formed by laminating a plurality of single cells 5, sandwiching both ends between a minus electrode 6 and a plus electrode 7, and further sandwiching both ends between an insulating plate 8 and end plates 9 a and 9 b and integrally connecting them. ing.

マイナス電極側のエンドプレート9aの一の辺縁部には、(正面向かって左上から右方へ順に)第1水素流入ポート11と、第2水素流出ポート14と、第2酸素流出ポート18と、第1酸素流入ポート15とが設けられている。
プラス電極側のエンドプレート9bの反対側の辺縁部には、(正面向かって右下から左方へ順に)第1水素流出ポート12と、第2水素流入ポート13と、第2酸素流入ポート17と、第1酸素流出ポート16とが設けられている。
At one edge portion of the negative electrode side end plate 9a, the first hydrogen inflow port 11, the second hydrogen outflow port 14, the second oxygen outflow port 18, , A first oxygen inlet port 15 is provided.
At the opposite edge of the positive electrode side end plate 9b, the first hydrogen outflow port 12, the second hydrogen inflow port 13, and the second oxygen inflow port (in order from the lower right to the left toward the front) 17 and a first oxygen outlet port 16 are provided.

セルスタック2の内部には、第1水素流入ポート11から各シングルセル5を巡って第1水素流出ポート12に至る系と、第2水素流入ポート13から各シングルセル5を巡って第2水素流出ポート14に至る系との2系統の水素ガスの流路が設けられている。同様に、第1酸素流入ポート15から各シングルセル5を巡って第1酸素流出ポート16に至る系と、第2酸素流入ポート17から各シングルセル5を巡って第2酸素流出ポート18に至る系との2系統の酸素ガス(或いは大気)の流路が設けられている。   In the cell stack 2, there are a system extending from the first hydrogen inflow port 11 to each of the single cells 5 to the first hydrogen outflow port 12, and a second hydrogen from the second hydrogen inflow port 13 to each of the single cells 5. Two systems of hydrogen gas flow paths with the system leading to the outflow port 14 are provided. Similarly, the system from the first oxygen inflow port 15 to the first oxygen outflow port 16 around each single cell 5 and the second oxygen inflow port 17 to the second oxygen outflow port 18 from each single cell 5 are reached. Two channels of oxygen gas (or air) with the system are provided.

シングルセル5は、公知のPEFCのそれと同様に、アノードセパレータ50(水素セパレータ)と、カソードセパレータ60(酸素セパレータ)とでMEA30を挟むようにして積層一体化されたユニットである。1つのセルスタック2に含まれるシングルセル5の数は適宜設定可能である。   The single cell 5 is a unit integrated and laminated so that the MEA 30 is sandwiched between an anode separator 50 (hydrogen separator) and a cathode separator 60 (oxygen separator), similarly to the known PEFC. The number of single cells 5 included in one cell stack 2 can be set as appropriate.

なお、本実施形態では、アノードセパレータ50と、カソードセパレータ60とは同じ構造を有しているので、以降ではアノードセパレータ50についてのみ説明することとする。   In the present embodiment, since the anode separator 50 and the cathode separator 60 have the same structure, only the anode separator 50 will be described below.

〔セパレータの説明〕
図2は、本実施形態のアノードセパレータ50の構成例を示す正面斜め下から見た斜視外観図である。図3は、アノードセパレータ50の分解図である。
本実施形態のアノードセパレータ50は、MEA30と接触するインナーセパレータ51と、当該インナーセパレータ51の正面側に組み付けられるアウターセパレータ55と、当該アウターセパレータ55を取り囲む様にしてインナーセパレータ51の正面側の周縁部に組み付けられるガスケット57と、を備える。
MEA30の側を内面と呼べば、アノードセパレータ50は、インナーセパレータ51の外面側にアウターセパレータ55を装着し、インナーセパレータ51の外面側にアウターセパレータ55を囲うようにしてガスケット57を装着して組み立てられる。
[Description of separator]
FIG. 2 is a perspective external view of a configuration example of the anode separator 50 according to the present embodiment as viewed from the front obliquely below. FIG. 3 is an exploded view of the anode separator 50.
The anode separator 50 of this embodiment includes an inner separator 51 that contacts the MEA 30, an outer separator 55 that is assembled to the front side of the inner separator 51, and a peripheral edge on the front side of the inner separator 51 so as to surround the outer separator 55. And a gasket 57 assembled to the portion.
If the MEA 30 side is called the inner surface, the anode separator 50 is assembled by mounting the outer separator 55 on the outer surface side of the inner separator 51 and mounting the gasket 57 so as to surround the outer separator 55 on the outer surface side of the inner separator 51. It is done.

図4は、インナーセパレータ51の構成例を示す図であって、(1)上面図、(2)正面図、(3)下面図、(4)側面図である。
インナーセパレータ51は、水素ガスを通流される第1気体流路と第2気体流路との隔壁を構成する部品であって、MEA30に水素を供給する流路の第1階層を構成する。インナーセパレータ51は、例えば、導電性の金属薄板をプレス加工により作成される。
4A and 4B are diagrams showing a configuration example of the inner separator 51, which are (1) a top view, (2) a front view, (3) a bottom view, and (4) a side view.
The inner separator 51 is a component that constitutes a partition wall between the first gas channel and the second gas channel through which hydrogen gas is passed, and constitutes a first layer of a channel that supplies hydrogen to the MEA 30. For example, the inner separator 51 is formed by pressing a conductive thin metal plate.

図2〜図4に示すように、インナーセパレータ51は、正面向かって上方の辺縁部(図4における上側の辺縁部)には、第1水素流入ポート11から繋がる第1水素流入孔511と、第2水素流出ポート14へ繋がる第2水素流出孔514と、第2酸素流出ポート18へ繋がる第2酸素流出孔518と、第1酸素流入ポート15から繋がる第1酸素流入孔515と、が設けられている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the inner separator 51 has a first hydrogen inlet hole 511 connected to the first hydrogen inlet port 11 at the upper edge portion (upper edge portion in FIG. 4) toward the front. A second hydrogen outlet hole 514 connected to the second hydrogen outlet port 14, a second oxygen outlet hole 518 connected to the second oxygen outlet port 18, a first oxygen inlet hole 515 connected from the first oxygen inlet port 15, Is provided.

正面向かって下方の右辺縁部(図4における下側の辺縁部)には、第1水素流出ポート12へ繋がる第1水素流出孔512と、第2水素流入ポート13から繋がる第2水素流入孔513と、第2酸素流入ポート17から繋がる第2酸素流入孔517と、第1酸素流出ポート16へ繋がる第1酸素流出孔516と、が設けられている。   A first hydrogen outflow hole 512 connected to the first hydrogen outflow port 12 and a second hydrogen inflow connected from the second hydrogen inflow port 13 are formed in the right side edge portion (lower side edge portion in FIG. A hole 513, a second oxygen inflow hole 517 connected to the second oxygen inflow port 17, and a first oxygen outflow hole 516 connected to the first oxygen outflow port 16 are provided.

そして、インナーセパレータ51の裏面側(MEA30側;内面側)から正面側(外面側)へ張り出すように第1流路52が成型されており、裏面側に開口する空間が形成されている。インナーセパレータ51の裏面側(内面側)にMEA30を密着させることで、気体を通流させる空間が形成される。   And the 1st flow path 52 is shape | molded so that it may protrude from the back surface side (MEA30 side; inner surface side) of the inner separator 51 to the front side (outer surface side), and the space opened on the back surface side is formed. By bringing the MEA 30 into close contact with the back surface side (inner surface side) of the inner separator 51, a space through which gas flows is formed.

具体的には、第1流路52は、第1水素流入孔511から流入した気体を左右に拡散・分配する第1導入溜め部521と、当該第1導入溜め部521より分岐した複数の第1枝流路522と、当該複数の第1枝流路522を抜けた気体を合流させ第1水素流出孔512へ導く第1排出溜め部523と、を有する。なお、第1枝流路522の設置本数は適宜設定可能である。   Specifically, the first flow path 52 includes a first introduction reservoir 521 that diffuses and distributes the gas flowing in from the first hydrogen inflow hole 511 to the left and right, and a plurality of second branches branched from the first introduction reservoir 521. A first branch channel 522 and a first discharge reservoir 523 that joins the gas that has passed through the plurality of first branch channels 522 and guides the gas to the first hydrogen outlet hole 512. In addition, the installation number of the 1st branch flow path 522 can be set suitably.

図5は、図4のA−A断面図である。図6は、図4のB−B断面図である。図7は、図4のC−C断面図である。図8は、図4のD−D断面図である。
第1枝流路522は、その成形法により、インナーセパレータ51の背面側(MEA側)から見ると、インナーセパレータ51の上下方向に長く且つMEA30側へ開口する溝になっている。つまり、第1枝流路522へ流れ込んだ気体は、溝の開口部からMEA30へ供給されることになる。
5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
The first branch channel 522 is a groove that is long in the vertical direction of the inner separator 51 and opens toward the MEA 30 when viewed from the back side (MEA side) of the inner separator 51 by the molding method. That is, the gas flowing into the first branch channel 522 is supplied to the MEA 30 from the opening of the groove.

C−C断面(図7参照)で見ると、インナーセパレータ51の左右方向断面は、蛇行状を成しており、隣り合う第1枝流路522の間はインナーセパレータ51の上下方向に長く且つ正面側へ開口する溝を形成し隣り合う第1枝流路522の隔壁として機能する。   When viewed in a C-C cross section (see FIG. 7), the cross section in the left-right direction of the inner separator 51 has a meandering shape, and the interval between the adjacent first branch channels 522 is long in the vertical direction of the inner separator 51 and A groove that opens to the front side is formed and functions as a partition wall between adjacent first branch channels 522.

インナーセパレータ51の正面(外面)にアウターセパレータ55を装着すると、この隣り合う第1枝流路522の間の溝の正面側には隔壁が作られる。そして、第2水素流入孔513から供給される水素が通る空間を形成し、隣り合う第1枝流路522の間の溝は第2枝流路564として機能する。具体的には、第2枝流路564の底(MEA側)には通気孔565が設けられており、第2枝流路564に流れ込んだ気体は当該通気孔565を通ってMEA30へ供給される。   When the outer separator 55 is mounted on the front surface (outer surface) of the inner separator 51, a partition wall is formed on the front surface side of the groove between the adjacent first branch flow paths 522. A space through which hydrogen supplied from the second hydrogen inflow hole 513 passes is formed, and a groove between adjacent first branch channels 522 functions as a second branch channel 564. Specifically, a vent hole 565 is provided at the bottom (MEA side) of the second branch channel 564, and the gas flowing into the second branch channel 564 is supplied to the MEA 30 through the vent hole 565. The

図9は、アウターセパレータ55の構成例を示す図であって、(1)上面図、(2)正面図、(3)下面図である。図10は、図9のF−F断面図である。図11は、図9のE−E断面図である。なお、図9では、アウターセパレータ55をインナーセパレータ51に組み付けた時の相対位置関係がわかり易いように、正面図においてインナーセパレータ51の第2枝流路564となる溝部を細破線で記載している。   FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a configuration example of the outer separator 55, which are (1) a top view, (2) a front view, and (3) a bottom view. 10 is a cross-sectional view taken along the line F-F in FIG. 9. 11 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. In FIG. 9, in order to make it easy to understand the relative positional relationship when the outer separator 55 is assembled to the inner separator 51, the groove portion serving as the second branch channel 564 of the inner separator 51 is indicated by a thin broken line in the front view. .

アウターセパレータ55は、導電性の金属薄板をプレス加工することで作成され、MEA30に水素を供給する流路の第2階層を構成する。アウターセパレータ55は、第2流路56と、嵌着片551と、を有する。   The outer separator 55 is formed by pressing a conductive metal thin plate, and constitutes a second layer of a flow path for supplying hydrogen to the MEA 30. The outer separator 55 has a second flow path 56 and a fitting piece 551.

第2流路56は、上蓋部561と、第2導入溜め部562と、第2排出溜め部563と、を有する。
上蓋部561は、インナーセパレータ51の第1流路52(図4参照)の正面側(外面側)に密着して覆う板状部である。より具体的には、上蓋部561の四辺の寸法は第1流路52を丁度覆うように設定されており、上蓋部561が第1流路52の正面側を覆うことで、隣り合う第1枝流路522の間に形成された溝(底に通気孔565の有る溝;図4参照)の天井が形成されて第2枝流路564として機能するようになる。
The second flow path 56 includes an upper lid portion 561, a second introduction reservoir portion 562, and a second discharge reservoir portion 563.
The upper lid portion 561 is a plate-like portion that adheres to and covers the front side (outer surface side) of the first flow path 52 (see FIG. 4) of the inner separator 51. More specifically, the dimensions of the four sides of the upper lid portion 561 are set so as to just cover the first flow path 52, and the upper lid section 561 covers the front side of the first flow path 52 so that the adjacent first A ceiling of a groove formed between the branch flow paths 522 (a groove having a vent hole 565 at the bottom; see FIG. 4) is formed to function as the second branch flow path 564.

そして、上蓋部561のうち、第2枝流路564の上端部を覆う部分と、第2枝流路564の下端部を覆う部分とが、それぞれ正面側に張り出すように成型されて、第2導入溜め部562と第2排出溜め部563とを成している。   And the part which covers the upper end part of the 2nd branch flow path 564 and the part which covers the lower end part of the 2nd branch flow path 564 are shape | molded so that each may protrude over the front side among the upper cover parts 561, and the 1st 2 An inlet reservoir 562 and a second outlet reservoir 563 are formed.

第2導入溜め部562は、下端がインナーセパレータ51の第2水素流入孔513の上方に面して開口して左右に広がり、第2水素流入ポート13(図1参照)から流れ込む水素を拡散・分配して第2枝流路564へ導く。
第2排出溜め部563は、上端がインナーセパレータ51の第2水素流出孔514の正面側に面して開口しており、第2枝流路564を抜けた気体を合流させ第2水素流出孔514の正面側へ排気する。
The second introduction reservoir 562 opens at the lower end facing the upper side of the second hydrogen inflow hole 513 of the inner separator 51 and expands to the left and right, diffusing the hydrogen flowing from the second hydrogen inflow port 13 (see FIG. 1). Distribute and guide to the second branch channel 564.
The second discharge reservoir 563 has an upper end that opens toward the front side of the second hydrogen outlet hole 514 of the inner separator 51, and combines the gas that has passed through the second branch channel 564 to form a second hydrogen outlet hole. Exhaust to the front side of 514.

嵌着片551は、アウターセパレータ55をインナーセパレータ51の正面側に被せたときに、両者の位置関係と密着とを適切に保持するための連結構造である。本実施形態では第2流路56の4辺の外周より延設されている。   The fitting piece 551 is a connection structure for appropriately holding both the positional relationship and the close contact when the outer separator 55 is put on the front side of the inner separator 51. In the present embodiment, the second flow path 56 extends from the outer periphery of the four sides.

次に、ガスケット57について説明する。
図3に示すように、ガスケット57は、上端部(図3で言う所の右斜め上側)の辺縁部に、第1水素流入ポート11から繋がる第1水素流入管部571と、第2水素流出ポート14へ繋がる第2水素流出管部574と、第2酸素流出ポート18へ繋がる第2酸素流出管部578と、第1酸素流入ポート15から繋がる第1酸素流入管部575とを有する。また、下端部(図3で言う所の左斜め下側)の辺縁部には、第1水素流出ポート12へ繋がる第1水素流出管部572と、第2水素流入ポート13から繋がる第2水素流入管部573と、第2酸素流入ポート17から繋がる第2酸素流入管部577と、第1酸素流出ポート16へ繋がる第1酸素流出管部576とを有する。
そして、ガスケット57の中央部には、インナーセパレータ51に嵌着させたアウターセパレータ55を収容する収容空間580が設けられている。
Next, the gasket 57 will be described.
As shown in FIG. 3, the gasket 57 includes a first hydrogen inflow pipe portion 571 connected to the first hydrogen inflow port 11 and a second hydrogen at the edge portion of the upper end portion (upper right side in FIG. 3). It has a second hydrogen outflow pipe part 574 connected to the outflow port 14, a second oxygen outflow pipe part 578 connected to the second oxygen outflow port 18, and a first oxygen inflow pipe part 575 connected from the first oxygen inflow port 15. In addition, the first hydrogen outlet pipe portion 572 connected to the first hydrogen outlet port 12 and the second hydrogen inlet port 13 connected to the second hydrogen inlet port 13 are connected to the edge of the lower end portion (the diagonally lower left side in FIG. 3). It has a hydrogen inflow pipe part 573, a second oxygen inflow pipe part 577 connected from the second oxygen inflow port 17, and a first oxygen outflow pipe part 576 connected to the first oxygen outflow port 16.
An accommodation space 580 for accommodating the outer separator 55 fitted to the inner separator 51 is provided at the center of the gasket 57.

収容空間580の上側において、収容空間580と第1水素流入管部571とを隔てる壁部には、インナーセパレータ51の第1導入溜め部521(図4参照)が嵌着される第1導入溜め部嵌着溝581が設けられている。また、収容空間580と第2水素流出管部574とを隔てる壁部には、アウターセパレータ55の第2排出溜め部563(図9参照)が嵌着される第2排出溜め部嵌着溝584が設けられている。
同様に、収容空間580の下側において、収容空間580と第1水素流出管部572とを隔てる壁部には、インナーセパレータ51の第1排出溜め部523(図4参照)が嵌着される第1排出溜め部嵌着溝582が設けられている。また、収容空間580と第2水素流入管部573とを隔てる壁部には、アウターセパレータ55の第2導入溜め部562(図9参照)が嵌着される第2導入溜め部嵌着溝583が設けられている。
そして、収容空間580の左右壁部には、複数の通風口585が設けられている。
A first introduction reservoir in which a first introduction reservoir 521 (see FIG. 4) of the inner separator 51 is fitted to a wall portion separating the accommodation space 580 and the first hydrogen inflow pipe portion 571 above the accommodation space 580. A part fitting groove 581 is provided. Further, a second discharge reservoir fitting groove 584 in which a second discharge reservoir 563 (see FIG. 9) of the outer separator 55 is fitted to a wall portion separating the accommodating space 580 and the second hydrogen outflow pipe portion 574. Is provided.
Similarly, a first discharge reservoir 523 (see FIG. 4) of the inner separator 51 is fitted to a wall that separates the storage space 580 and the first hydrogen outflow pipe portion 572 below the storage space 580. A first discharge reservoir fitting groove 582 is provided. Further, the second introduction reservoir fitting groove 583 in which the second introduction reservoir 562 (see FIG. 9) of the outer separator 55 is fitted to the wall that separates the storage space 580 and the second hydrogen inflow pipe 573. Is provided.
A plurality of ventilation openings 585 are provided on the left and right wall portions of the accommodation space 580.

[システム構成の説明]
図12は、本実施形態の燃料電池システム100の燃料系並びに制御系に係るシステム構成を示す図である。なお、酸素系や冷却系、加湿系などその他のシステム構成要素については公知の構成を適用することができるため、ここでの図示及び説明は省略する。
[Description of system configuration]
FIG. 12 is a diagram showing a system configuration related to the fuel system and the control system of the fuel cell system 100 of the present embodiment. In addition, since a well-known structure is applicable about other system components, such as an oxygen system, a cooling system, and a humidification system, illustration and description here are abbreviate | omitted.

燃料電池システム100は、水素供給源140から提供される水素ガスをレギュレータ142にて所定気圧に調整して第1水素供給配管110と第2水素供給配管120へ並列的に供給する。第1水素供給配管110はセルスタック2の第1水素流入ポート11へ接続され、第2水素供給配管120は第2水素流入ポート13に接続される。これにより、第1流路52における水素ガスの通流方向と、第2流路56における水素ガスの通流方向とが互いに逆向き、つまり対向関係を成すことになる。   The fuel cell system 100 adjusts the hydrogen gas provided from the hydrogen supply source 140 to a predetermined atmospheric pressure by the regulator 142 and supplies the hydrogen gas to the first hydrogen supply pipe 110 and the second hydrogen supply pipe 120 in parallel. The first hydrogen supply pipe 110 is connected to the first hydrogen inlet port 11 of the cell stack 2, and the second hydrogen supply pipe 120 is connected to the second hydrogen inlet port 13. Thereby, the flow direction of the hydrogen gas in the first flow path 52 and the flow direction of the hydrogen gas in the second flow path 56 are opposite to each other, that is, have an opposing relationship.

セルスタック2の第1水素流出ポート12には第1水素回収配管112が接続され、第2水素流出ポート14には第2水素回収配管122が接続される。そして、両回収配管は気液分離器144に導かれる。   A first hydrogen recovery pipe 112 is connected to the first hydrogen outlet port 12 of the cell stack 2, and a second hydrogen recovery pipe 122 is connected to the second hydrogen outlet port 14. Both recovery pipes are led to the gas-liquid separator 144.

気液分離器144は、公知の気液分離器や凝集装置などにより実現される。
気液分離器144には電動ポンプ146が接続されており、電動ポンプ146は、液体が分離された未反応水素ガスを気液分離器144から吸い出し、第1帰還配管117及び第2帰還配管127を通じてそれぞれ第1水素供給配管110、第2水素供給配管120へ圧送する。
The gas-liquid separator 144 is realized by a known gas-liquid separator, an aggregating device, or the like.
An electric pump 146 is connected to the gas-liquid separator 144, and the electric pump 146 sucks unreacted hydrogen gas from which the liquid has been separated from the gas-liquid separator 144, and the first return pipe 117 and the second return pipe 127. To the first hydrogen supply pipe 110 and the second hydrogen supply pipe 120, respectively.

[セパレータ内の気体の流れの説明]
上述のような構造を有するアノードセパレータ50とカソードセパレータ60とでMEA30を挟んで1つのシングルセル5を構成し、更に上述のような配管構成の燃料電池システム100を構成することで、アノードセパレータ50及びカソードセパレータ60がそれぞれ有する2つのガス流路では、互いのガスの通流方向が対向関係をなすこととなる。
[Description of gas flow in separator]
The anode separator 50 having the structure as described above and the cathode separator 60 constitute one single cell 5 with the MEA 30 sandwiched therebetween, and further, the fuel cell system 100 having the above-described piping configuration is configured, whereby the anode separator 50 In the two gas flow paths that the cathode separator 60 and the cathode separator 60 respectively have, the gas flow directions are opposed to each other.

図13は、アノードセパレータ50における水素ガスの第1の通流方向を説明する為の正面図である。なお、理解を容易にするためにアウターセパレータ55を図示省略している。図14は、図13のG−G断面における水素ガスの第1の通流方向を説明する為の断面図である。   FIG. 13 is a front view for explaining the first flow direction of hydrogen gas in the anode separator 50. Note that the outer separator 55 is not shown for easy understanding. FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the first flow direction of hydrogen gas in the GG cross section of FIG. 13.

図13に示すように、インナーセパレータ51が形成する第1流路52では、ガスケット57の第1水素流入管部571を通ってきた水素ガスは、第1導入溜め部521へ導かれそこで複数の第1枝流路522に分配される。すると、図14に示すように、第1枝流路522に流れ込んだ水素ガスは、第1枝流路522の開口部からMEA30へ供給され反応に供される。反応しきれずに残った水素ガスは、第1枝流路522をアノードセパレータ50の下方へ流れ、第1排出溜め部523で集められてガスケット57の第1水素流出管部572へ排出される。   As shown in FIG. 13, in the first flow path 52 formed by the inner separator 51, the hydrogen gas that has passed through the first hydrogen inflow pipe portion 571 of the gasket 57 is led to the first introduction reservoir portion 521, where a plurality of hydrogen gases are introduced. The first branch channel 522 is distributed. Then, as shown in FIG. 14, the hydrogen gas flowing into the first branch channel 522 is supplied to the MEA 30 from the opening of the first branch channel 522 and used for the reaction. The hydrogen gas remaining without being reacted flows through the first branch channel 522 below the anode separator 50, is collected by the first discharge reservoir 523, and is discharged to the first hydrogen outlet pipe 572 of the gasket 57.

MEA30の背面側には、カソードセパレータ60が表裏反転した姿勢で密着されている。カソードセパレータ60は、アノードセパレータ50と同じ構成を有しているので、カソードセパレータ60の第1流路52には酸素ガスが流れる。その通流形態は、カソードセパレータ60の第1流路52における水素ガスと、MEA30を挟んで表裏反転した格好になる。   The cathode separator 60 is in close contact with the back side of the MEA 30 in an inverted orientation. Since the cathode separator 60 has the same configuration as the anode separator 50, oxygen gas flows through the first flow path 52 of the cathode separator 60. The flow configuration is such that the hydrogen gas in the first flow path 52 of the cathode separator 60 and the MEA 30 are reversed and turned upside down.

ここで、カソードセパレータ60の第1流路52における水素濃度に着目すると、上流部ほど濃度が高く、下流へ向かうにつれて濃度が低下する。水素ガスの濃度が高いほど発電量が増えて発熱量が高くなる。よって、カソードセパレータ60の第1流路52では、アノードセパレータ50の上方ほど発熱量が高く下方ほど発熱量が低く、アノードセパレータ50の上部よりも下部は結露し易いことになる。   Here, paying attention to the hydrogen concentration in the first flow path 52 of the cathode separator 60, the concentration is higher in the upstream portion, and the concentration is lowered toward the downstream. The higher the concentration of hydrogen gas, the greater the amount of power generated and the higher the amount of heat generated. Therefore, in the first flow path 52 of the cathode separator 60, the heat generation amount is higher at the upper part of the anode separator 50 and the heat generation amount is lower at the lower part, and the lower part is more likely to condense than the upper part of the anode separator 50.

図15は、アノードセパレータ50における水素ガスの第2の通流方向を説明する為の正面図である。なお、理解を容易にするためにアウターセパレータ55を図示省略している。図16は、図15のH−H断面における水素ガスの第2の通流方向を説明する為の断面図である。   FIG. 15 is a front view for explaining a second flow direction of hydrogen gas in the anode separator 50. Note that the outer separator 55 is not shown for easy understanding. FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a second flow direction of hydrogen gas in the HH cross section of FIG. 15.

図15に示すように、インナーセパレータ51及びアウターセパレータ55で形成する第2流路56では、ガスケット57の第2水素流入管部573を通ってきた水素ガスは、第2導入溜め部562へ導かれそこで複数の第2枝流路564に分配される。すると、図16に示すように、第2枝流路564に流れ込んだ水素ガスは、通気孔565からMEA30へ供給され反応に供される。反応しきれずに残った水素ガスは、第2枝流路564を上方へ流れ、第2排出溜め部563で集められてガスケット57の第2水素流出管部574へ排出される。   As shown in FIG. 15, in the second flow path 56 formed by the inner separator 51 and the outer separator 55, the hydrogen gas that has passed through the second hydrogen inflow pipe portion 573 of the gasket 57 is guided to the second introduction reservoir portion 562. There it is distributed to a plurality of second branch channels 564. Then, as shown in FIG. 16, the hydrogen gas that has flowed into the second branch channel 564 is supplied from the vent hole 565 to the MEA 30 and used for the reaction. The hydrogen gas remaining without being reacted flows upward through the second branch channel 564, is collected by the second discharge reservoir 563, and is discharged to the second hydrogen outlet pipe 574 of the gasket 57.

MEA30の背面側には、カソードセパレータ60が表裏反転した姿勢で密着されている。カソードセパレータ60は、アノードセパレータ50と同じ構成を有しているので、カソードセパレータ60の第2流路56には酸素ガスが流れる。その通流形態は、カソードセパレータ60の第2流路56における水素ガスと、MEA30を挟んで表裏反転した格好になる。   The cathode separator 60 is in close contact with the back side of the MEA 30 in an inverted orientation. Since the cathode separator 60 has the same configuration as the anode separator 50, oxygen gas flows through the second flow path 56 of the cathode separator 60. The flow form is such that the hydrogen gas in the second flow path 56 of the cathode separator 60 and the MEA 30 are sandwiched and turned upside down.

ここで、アウターセパレータ55の第2流路56における水素濃度に着目すると、上流部ほど濃度が高く下流へ向かうにつれて濃度が低下する。水素ガスの濃度が高いほど発電量が増えて発熱量が高くなる。よって、第2流路56では、アノードセパレータ50の下方ほど発熱量が高く上方ほど発熱量が低く、下部よりも上部は結露し易いことになる。   Here, paying attention to the hydrogen concentration in the second flow path 56 of the outer separator 55, the concentration is higher in the upstream portion and the concentration is lowered toward the downstream. The higher the concentration of hydrogen gas, the greater the amount of power generated and the higher the amount of heat generated. Therefore, in the second flow path 56, the lower the anode separator 50, the higher the heat generation amount, and the upper the lower the heat generation amount, and the upper portion is more likely to condense than the lower portion.

更に、ここで第1流路52における発熱量の分布傾向(図16中のグラフにおける破線)と、第2流路56における発熱量の分布傾向(図16中のグラフにおける実線)とを見比べると分布傾向が丁度逆転している。よって、互いにとって発熱量が低い範囲を発熱量が高い範囲でカバーすることができるので、アノードセパレータ50全体でみると発熱量の分布は従来よりも均され結露が起こり難くなる。   Further, here, when comparing the distribution trend of the heat generation amount in the first flow path 52 (broken line in the graph in FIG. 16) with the distribution trend of the heat generation amount in the second flow path 56 (solid line in the graph in FIG. 16). The distribution trend is just reversed. Therefore, since a range of low heat generation for each other can be covered with a range of high heat generation, the overall distribution of the heat generation is more uniform than in the anode separator 50, and condensation is less likely to occur.

冒頭で述べた通り、カソードセパレータ60は、アノードセパレータ50と同じ構造を有しており、2つの流路部における酸素ガスの通流方向はやはり対向関係をなす。よって、カソードセパレータ60における発熱量分布もアノードセパレータ50におけるそれと同様となり、カソードセパレータ60全体でみると発熱量の分布は従来よりも均され結露が起こり難くなる。   As described at the beginning, the cathode separator 60 has the same structure as the anode separator 50, and the flow direction of the oxygen gas in the two flow paths is also opposite. Therefore, the calorific value distribution in the cathode separator 60 is the same as that in the anode separator 50, and the calorific value distribution is uniform in the cathode separator 60 as a whole and condensation is less likely to occur.

よって、本実施形態によれば、固体高分子形燃料電池におけるフラッディングの発生を防止する新たな技術を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a new technique for preventing the occurrence of flooding in the polymer electrolyte fuel cell.

〔第2実施形態〕
次に、本発明を適用した第2実施形態について説明する。なお、以降では第1実施形態との差異についてのみ述べることとし、同様の構成要素については同じ符号を付与し重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described. In the following, only differences from the first embodiment will be described, and the same components are assigned the same reference numerals and redundant description will be omitted.

図17は、本実施形態における燃料電池システム100Bの構成例を示す図であって、燃料系並びに制御系に係るシステム構成を示す図である。
燃料電池システム100Bでは、第1実施形態の構成に加えて、第2水素回収配管122と第2帰還配管127との間に独立して第2の気液分離器145及び第2の電動ポンプ147を設けている。セルスタック2における第1流路52と第2流路56とに関する構成は第1実施形態と同様である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of the fuel cell system 100B in the present embodiment, and is a diagram illustrating a system configuration related to a fuel system and a control system.
In the fuel cell system 100B, in addition to the configuration of the first embodiment, the second gas-liquid separator 145 and the second electric pump 147 are independently provided between the second hydrogen recovery pipe 122 and the second return pipe 127. Is provided. The structure regarding the 1st flow path 52 and the 2nd flow path 56 in the cell stack 2 is the same as that of 1st Embodiment.

また、セルスタック2には、アノードセパレータ50の上半分の第1領域と下半分の第2領域(図4参照)とに、それぞれの領域における反応度合い(発電度合い)を計測するための第1反応センサ71及び第2反応センサ72が設けられている。
第1反応センサ71及び第2反応センサ72は、例えば、発電された電流により生じる磁気変化を検出する磁気センサや発熱量を知るための温度センサなどをアノードセパレータ50の発電面の裏面に取り付けることにより実現される。
そして、これらのセンサからの出力信号はセンサの種類に応じた入力インタフェース装置73を経てデジタル信号に変換されてコンピュータ74に入力される。
The cell stack 2 includes a first region for measuring a reaction degree (power generation degree) in each of the upper half first area and the lower half second area (see FIG. 4) of the anode separator 50. A reaction sensor 71 and a second reaction sensor 72 are provided.
As for the 1st reaction sensor 71 and the 2nd reaction sensor 72, for example, the magnetic sensor which detects the magnetic change which arises by the generated electric current, the temperature sensor for knowing the calorific value, etc. are attached to the back of the power generation surface of the anode separator 50. It is realized by.
The output signals from these sensors are converted into digital signals via the input interface device 73 corresponding to the type of sensor and input to the computer 74.

コンピュータ74は、所定のプログラムを実行することにより、入力された第1反応センサ71及び第2反応センサ72による計測結果に基づいて、第1領域と第2領域の発電分布の差が生じないように第1の電動ポンプ146及び第2の電動ポンプ147を駆動制御する。これによりフラッディングの発生を防止する。   The computer 74 executes a predetermined program so that a difference in power generation distribution between the first region and the second region does not occur based on the input measurement results by the first reaction sensor 71 and the second reaction sensor 72. The first electric pump 146 and the second electric pump 147 are driven and controlled. This prevents flooding.

具体的には、第1反応センサ71及び第2反応センサ72の計測値の差から第1領域と第2領域との発電分布の差を判定する。
もし、第1反応センサ71の計測値が第2反応センサ72の計測値を所与の基準値以上に上回る場合には、第2領域の発電量が低下していると判断して、第2の電動ポンプ147の駆動力を上げる制御信号を出力インタフェース装置75から出力する。つまり、第2流路56への流量を上げて発電量を増加させる制御を行う。
反対に、第2反応センサ72の計測値が第1反応センサ71の計測値を所与の基準値以上に上回る場合には、第1領域の発電量が低下していると判断して、第1の電動ポンプ146の駆動力を上げる制御信号を出力インタフェース装置75から出力する。つまり、第1流路52への流量を上げて発電量を増加させる。
Specifically, the difference in power generation distribution between the first region and the second region is determined from the difference between the measured values of the first reaction sensor 71 and the second reaction sensor 72.
If the measured value of the first reaction sensor 71 exceeds the measured value of the second reaction sensor 72 by a given reference value or more, it is determined that the power generation amount in the second region has decreased, and the second A control signal for increasing the driving force of the electric pump 147 is output from the output interface device 75. That is, control is performed to increase the power generation amount by increasing the flow rate to the second flow path 56.
On the other hand, when the measured value of the second reaction sensor 72 exceeds the measured value of the first reaction sensor 71 by a given reference value or more, it is determined that the power generation amount in the first region is reduced, A control signal for increasing the driving force of one electric pump 146 is output from the output interface device 75. That is, the power generation amount is increased by increasing the flow rate to the first flow path 52.

本実施形態によれば、基本的には第1実施形態と同様にフラッディングを抑制できる。更には、仮に第1流路52と第2流路56とで圧力損失に差が生じて発電量に差が生じたとしても、フラッディングが生じる前にこれを補正して防止することができる。   According to the present embodiment, flooding can be basically suppressed as in the first embodiment. Furthermore, even if there is a difference in pressure loss between the first flow path 52 and the second flow path 56 and a difference in power generation amount, this can be corrected and prevented before flooding occurs.

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の実施形態がこれらに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment which applied this invention was described, embodiment of this invention is not limited to these, The addition, omission, and change of a component can be performed suitably.

例えば、上記実施形態におけるインナーセパレータ51やアウターセパレータ55における姿勢すなわち上下左右の関係は適宜変更可能である。   For example, the posture of the inner separator 51 and the outer separator 55 in the above embodiment, that is, the relationship between the top, bottom, left, and right can be changed as appropriate.

また、アノードセパレータ50には、水素の流入位置と排出位置とを、セパレータの中心を挟んで対向180°の位置関係で設けているが、90°や270°の位置関係に設定することも可能である。この場合、第1枝流路522や第2枝流路564は、上記実施形態のように直線状ではなく、アルファベットのL字状に屈曲させることになる。なお、同様のことは、カソードセパレータ60についても言える。   Further, the anode separator 50 is provided with a hydrogen inflow position and a discharge position at a position of 180 ° opposite to each other across the center of the separator. However, the position can be set at 90 ° or 270 °. It is. In this case, the first branch flow path 522 and the second branch flow path 564 are not linear but bent in an L shape of the alphabet as in the above embodiment. The same applies to the cathode separator 60.

また、第2実施形態については、未反応水素の回収・帰還の配管構成は適宜変更可能である。例えば、第1水素回収配管112の未反応水素を、気液分離器144及び電動ポンプ146を介して第2水素供給配管120へ帰還させ、第2水素回収配管122の未反応水素を第2の気液分離器145及び第2の電動ポンプ147を介して第1水素供給配管110へ帰還させる構成としてもよい。   Moreover, about 2nd Embodiment, the piping structure of collection | recovery and return of unreacted hydrogen can be changed suitably. For example, unreacted hydrogen in the first hydrogen recovery pipe 112 is returned to the second hydrogen supply pipe 120 via the gas-liquid separator 144 and the electric pump 146, and unreacted hydrogen in the second hydrogen recovery pipe 122 is returned to the second hydrogen supply pipe 120. It is good also as a structure which returns to the 1st hydrogen supply piping 110 via the gas-liquid separator 145 and the 2nd electric pump 147.

2…セルスタック
5…シングルセル
50…アノードセパレータ
51…インナーセパレータ
511…第1水素流入孔
512…第1水素流出孔
513…第2水素流入孔
514…第2水素流出孔
515…第1酸素流入孔
516…第1酸素流出孔
517…第2酸素流入孔
518…第2酸素流出孔
52…第1流路
521…第1導入溜め部
522…第1枝流路
523…第1排出溜め部
55…アウターセパレータ
551…嵌着片
56…第2流路
561…上蓋部
562…第2導入溜め部
563…第2排出溜め部
564…第2枝流路
565…通気孔
57…ガスケット
571…第1水素流入管部
572…第1水素流出管部
573…第2水素流入管部
574…第2水素流出管部
575…第1酸素流入管部
576…第1酸素流出管部
577…第2酸素流入管部
578…第2酸素流出管部
580…収容空間
581…第1導入溜め部嵌着溝
582…第1排出溜め部嵌着溝
583…第2導入溜め部嵌着溝
584…第2排出溜め部嵌着溝
585…通風口
6…マイナス電極
7…プラス電極
8…絶縁版
9a,9b…エンドプレート
11…第1水素流入ポート
12…第1水素流出ポート
13…第2水素流入ポート
14…第2水素流出ポート
15…第1酸素流入ポート
16…第1酸素流出ポート
17…第2酸素流入ポート
18…第2酸素流出ポート
30…MEA
60…カソードセパレータ
71…第1反応センサ
72…第2反応センサ
73…入力インタフェース装置
74…コンピュータ
75…出力インタフェース装置
100…燃料電池システム
110…第1水素供給配管
112…第1水素回収配管
117…第1帰還配管
120…第2水素供給配管
122…第2水素回収配管
127…第2帰還配管
140…水素供給源
142…レギュレータ
144…気液分離器
145…第2の気液分離器
146…電動ポンプ
147…第2の電動ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Cell stack 5 ... Single cell 50 ... Anode separator 51 ... Inner separator 511 ... 1st hydrogen inflow hole 512 ... 1st hydrogen outflow hole 513 ... 2nd hydrogen inflow hole 514 ... 2nd hydrogen outflow hole 515 ... 1st oxygen inflow Hole 516: First oxygen outflow hole 517: Second oxygen inflow hole 518: Second oxygen outflow hole 52 ... First flow path 521 ... First introduction reservoir 522 ... First branch flow path 523 ... First discharge reservoir 55 ... outer separator 551 ... fitting piece 56 ... second flow path 561 ... upper lid part 562 ... second introduction reservoir part 563 ... second discharge reservoir part 564 ... second branch flow path 565 ... vent hole 57 ... gasket 571 ... first Hydrogen inflow pipe part 572 ... 1st hydrogen outflow pipe part 573 ... 2nd hydrogen inflow pipe part 574 ... 2nd hydrogen outflow pipe part 575 ... 1st oxygen inflow pipe part 576 ... 1st oxygen outflow pipe part 577 ... 2nd Oxygen inflow pipe portion 578 ... second oxygen outflow pipe portion 580 ... accommodating space 581 ... first introduction reservoir fitting groove 582 ... first discharge reservoir fitting groove 583 ... second introduction reservoir fitting groove 584 ... second Discharge reservoir fitting groove 585 ... Ventilation opening 6 ... Negative electrode 7 ... Positive electrode 8 ... Insulating plate 9a, 9b ... End plate 11 ... First hydrogen inflow port 12 ... First hydrogen outflow port 13 ... Second hydrogen inflow port 14 ... second hydrogen outlet port 15 ... first oxygen inlet port 16 ... first oxygen outlet port 17 ... second oxygen inlet port 18 ... second oxygen outlet port 30 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Cathode separator 71 ... 1st reaction sensor 72 ... 2nd reaction sensor 73 ... Input interface device 74 ... Computer 75 ... Output interface device 100 ... Fuel cell system 110 ... 1st hydrogen supply piping 112 ... 1st hydrogen recovery piping 117 ... First return pipe 120 ... second hydrogen supply pipe 122 ... second hydrogen recovery pipe 127 ... second return pipe 140 ... hydrogen supply source 142 ... regulator 144 ... gas-liquid separator 145 ... second gas-liquid separator 146 ... electric Pump 147 ... second electric pump

Claims (7)

発電用の気体を通流させる気体流路が形成された固体高分子形燃料電池のセパレータであって、
アウターセパレータと、
前記アウターセパレータと電解質膜との間に設けられ、第1気体流路と第2気体流路との隔壁を構成するインナーセパレータと、
を備え、前記アウターセパレータと前記インナーセパレータの外面間で前記第2気体流路が形成され、前記インナーセパレータの内面で前記第1気体流路が形成され、且つ、前記第1気体流路の通流方向と前記第2気体流路の通流方向とが対向関係をなして併走するように構成されたセパレータ。
A separator of a polymer electrolyte fuel cell in which a gas flow path for allowing a gas for power generation to flow is formed,
An outer separator,
An inner separator provided between the outer separator and the electrolyte membrane and constituting a partition wall between the first gas channel and the second gas channel;
The second gas flow path is formed between the outer surfaces of the outer separator and the inner separator, the first gas flow path is formed on the inner surface of the inner separator, and the first gas flow path The separator comprised so that a flow direction and the flow direction of the said 2nd gas flow path may run side by side in opposing relation.
前記第1気体流路は、前記気体を複数の第1枝流路に導入するために一時的に溜める第1導入溜め部と、当該第1導入溜め部から分岐された前記複数の第1枝流路と、前記複数の第1枝流路を通流した前記気体を一時的に溜めて排出する第1排出溜め部と、を有し、
前記第2気体流路は、前記気体を複数の第2枝流路に導入するために一時的に溜める第2導入溜め部と、当該第2導入溜め部から分岐された前記複数の第2枝流路と、前記複数の第2枝流路を通流した前記気体を一時的に溜めて排出する第2排出溜め部と、を有し、
前記第1枝流路と前記第2枝流路とが、互いの通流方向が対向関係をなして併走するように交互に構成された、
請求項1に記載のセパレータ。
The first gas channel includes a first introduction reservoir that temporarily accumulates the gas into the plurality of first branch channels, and the plurality of first branches branched from the first introduction reservoir. A flow path and a first discharge reservoir for temporarily storing and discharging the gas flowing through the plurality of first branch flow paths,
The second gas channel includes a second introduction reservoir for temporarily storing the gas into the plurality of second branch channels, and the plurality of second branches branched from the second introduction reservoir. A flow path, and a second discharge reservoir for temporarily storing and discharging the gas flowing through the plurality of second branch flow paths,
The first branch flow path and the second branch flow path are alternately configured such that the flow directions of the first branch flow path and the second branch flow path are parallel to each other.
The separator according to claim 1.
前記インナーセパレータは、前記第1枝流路と前記第2枝流路との併走を形成する部分の断面が蛇行状に構成され、且つ、当該蛇行状部分において、前記アウターセパレータとの間で形成される前記第2枝流路の部分には、前記電解質膜に通じる開口が設けられている、
請求項2に記載のセパレータ。
The inner separator is formed in a meandering cross section of a portion that forms a parallel run of the first branch channel and the second branch channel, and is formed between the outer separator in the serpentine portion. The second branch channel portion is provided with an opening leading to the electrolyte membrane,
The separator according to claim 2.
前記インナーセパレータ及び前記アウターセパレータは、金属板をプレス加工して製造される、
請求項2又は3に記載のセパレータ。
The inner separator and the outer separator are manufactured by pressing a metal plate,
The separator according to claim 2 or 3.
前記第1導入溜め部と前記第2排出溜め部とが、前記セパレータの一の辺縁部側に設けられ、
前記第1排出溜め部と前記第2導入溜め部とが、前記セパレータの他の辺縁部側に設けられた、
請求項2〜4の何れか一項に記載のセパレータ。
The first introduction reservoir and the second discharge reservoir are provided on one edge side of the separator;
The first discharge reservoir and the second introduction reservoir are provided on the other side of the separator,
The separator as described in any one of Claims 2-4.
請求項5に記載の2つのセパレータを、前記電解質膜を挟むようにして1つのセルを構成したセルスタック。   A cell stack in which one cell is configured by sandwiching the electrolyte membrane between the two separators according to claim 5. 請求項6に記載のセルスタックと、
前記一の辺縁部側となる前記セルスタックの第1領域における燃料反応度合いを計測する第1反応計測部と、
前記他の辺縁部側となる前記セルスタックの第2領域における燃料反応度合いを計測する第2反応計測部と、
前記第1導入溜め部への流量を調整する第1流量調整部と、
前記第2導入溜め部への流量を調整する第2流量調整部と、
前記第1及び第2反応計測部それぞれの計測結果に基づいて、前記第1及び第2流量調整部を制御する制御部と、
を備えた燃料電池システム。
A cell stack according to claim 6;
A first reaction measurement unit for measuring a fuel reaction degree in a first region of the cell stack on the one edge side;
A second reaction measuring unit that measures the degree of fuel reaction in the second region of the cell stack on the other edge side;
A first flow rate adjustment unit for adjusting a flow rate to the first introduction reservoir,
A second flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate to the second introduction reservoir,
A control unit for controlling the first and second flow rate adjustment units based on the measurement results of the first and second reaction measurement units;
A fuel cell system comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019216264A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-29 Robert Bosch Gmbh Production method for producing a guiding device for guiding at least one fluid, as well as production method for producing a fuel cell unit

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DE102019216264A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-29 Robert Bosch Gmbh Production method for producing a guiding device for guiding at least one fluid, as well as production method for producing a fuel cell unit

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