JP2017139186A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
従来の燃料電池としては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の燃料電池は、空気極、固体電解質体及び燃料極を積層して構成されたセル本体と、このセル本体を挟むように配置されたインターコネクタと、を備えている。セル本体の空気極に空気を供給する流路及び燃料極に対して燃料を供給する流路には複数の突起部が配列されている。このような複数の突起部によって、流路内で流体を拡散している。
As a conventional fuel cell, for example, a technique described in
突起部が一様に設けられている場合は、空気極又は燃料極に対する反応流体の流れに偏りが生じてしまうことで、反応に偏りが生じる。従って、上記従来技術においては、流路内において複数の突起部に粗密をつけて、反応流体の偏りを解消している。ここで、突起部が設けられている位置においては、空気極又は燃料極に沿って反応流体が流れないため反応が起きない。従って、上記従来技術では、流路内の位置における突起部の粗密によって、反応流体と空気極又は燃料極との反応に偏りが生じていた。従って、反応流体自体の流れの偏りを解消することを前提とし、反応流体と空気極又は燃料極との反応の均一性を更に高めることが求められていた。 In the case where the protrusions are provided uniformly, the reaction fluid is biased by the bias of the flow of the reaction fluid with respect to the air electrode or the fuel electrode. Therefore, in the above-described prior art, the unevenness of the reaction fluid is eliminated by providing a plurality of protrusions in the flow path. Here, at the position where the protrusion is provided, no reaction occurs because the reaction fluid does not flow along the air electrode or the fuel electrode. Therefore, in the above-described prior art, the reaction between the reaction fluid and the air electrode or the fuel electrode is biased due to the density of the protrusions at the positions in the flow path. Therefore, on the premise of eliminating the uneven flow of the reaction fluid itself, there has been a demand for further improving the uniformity of the reaction between the reaction fluid and the air electrode or the fuel electrode.
本発明の目的は、反応流体と空気極又は燃料極との反応の均一性を高めることができる燃料電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving the uniformity of reaction between a reaction fluid and an air electrode or a fuel electrode.
本発明の一態様の燃料電池は、電解質の一面側に配置された燃料極と電解質の他面側に配置された空気極とを有し、燃料と空気とを発電反応させるセル本体と、セル本体を燃料極側又は空気極側から挟むように積層され、積層方向において、燃料極又は空気極と対向して、反応流体である燃料又は空気を流す流路形成部を有するインターコネクタと、を備え、積層方向から見て、流路形成部には、燃料極又は空気極に沿って反応流体が流通する流通部と、積層方向に延びて当該積層方向と直交する平面方向に複数配列される突起部と、を有する反応領域が形成され、突起部の配列パターンは、反応領域内の平面方向における位置によって異なっており、反応領域に対して、少なくとも流通部及び突起部の両方を含む単位面積又は単位幅を設定した場合、反応領域は、単位面積又は単位幅当たりに突起部が占める割合が、平面方向における各位置において一定となる領域を有している。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes a cell main body that has a fuel electrode disposed on one side of an electrolyte and an air electrode disposed on the other side of the electrolyte, and that causes a power generation reaction between the fuel and air. An interconnector having a flow path forming portion that is laminated so as to sandwich the main body from the fuel electrode side or the air electrode side, and in the stacking direction is opposed to the fuel electrode or the air electrode and allows the fuel or air that is a reaction fluid to flow. The flow path forming portion is arranged in a flow passage portion along which the reaction fluid flows along the fuel electrode or the air electrode, and in a plane direction extending in the stacking direction and orthogonal to the stacking direction. A reaction area having protrusions, and the arrangement pattern of the protrusions differs depending on the position in the planar direction in the reaction area, and the unit area including at least both the flow part and the protrusions with respect to the reaction area Or set unit width If, the reaction zone, the proportion of the protrusions per unit area or unit width has an area becomes constant at each position in the planar direction.
以上のような燃料電池において、反応領域に対して、少なくとも流通部及び突起部の両方を含む単位面積又は単位幅を設定した場合、反応領域は、単位面積又は単位幅当たりに突起部が占める割合が、平面方向における各位置において一定となる領域を有している。これにより、突起部の配列パターンが反応領域内の平面方向における位置によって異なっていても、反応領域の平面方向の各位置において、突起部が占める(面積又は幅の)割合を一定にすることができる。これにより、反応領域の平面方向の位置によらず、燃料極又は空気極に沿って反応流体が流れる流通部の割合も一定にすることができる。従って、反応流体と空気極又は燃料極との反応の平面方向の位置による偏りを低減し、反応流体と空気極又は燃料極との反応の均一性を高めることができる。 In the fuel cell as described above, when a unit area or unit width including at least both the flow part and the protrusion is set for the reaction region, the reaction region is a ratio of the protrusion per unit area or unit width. However, it has the area | region which becomes fixed in each position in a plane direction. Thereby, even if the arrangement pattern of the protrusions varies depending on the position in the planar direction in the reaction region, the ratio of the protrusions (area or width) can be made constant at each position in the planar direction of the reaction region. it can. Thereby, the ratio of the flow part through which the reaction fluid flows along the fuel electrode or the air electrode can be made constant regardless of the position of the reaction region in the planar direction. Therefore, it is possible to reduce the deviation due to the position in the planar direction of the reaction between the reaction fluid and the air electrode or the fuel electrode, and to improve the uniformity of the reaction between the reaction fluid and the air electrode or the fuel electrode.
燃料極側の反応領域における、単位面積又は単位幅当たりの割合と、空気極側の反応領域における、単位面積又は単位幅当たりの割合とは、一定であってよい。このように、単位面積又は単位幅当たりの割合を、燃料極側及び空気極の両方について一定とすることで、燃料極及び空気極の何れかに対する反応流体が過剰となることを抑制できる。 The ratio per unit area or unit width in the reaction region on the fuel electrode side and the ratio per unit area or unit width in the reaction region on the air electrode side may be constant. Thus, by making the ratio per unit area or unit width constant for both the fuel electrode side and the air electrode, it is possible to suppress an excess of the reaction fluid for either the fuel electrode or the air electrode.
平面方向における各位置において、単位面積又は単位幅当たりに突起部が占める割合が、所定の割合からの誤差10%以内の場合、当該割合は一定であるとしてよい。これにより、単位面積又は単位幅当たりに突起部が占める割合が誤差の範囲で変化する場合に、一定であるとみなすことができる。 When the ratio of the protrusions per unit area or unit width at each position in the planar direction is within 10% of the error from the predetermined ratio, the ratio may be constant. Thereby, it can be considered that it is constant when the proportion of the protrusions per unit area or unit width changes within the error range.
本発明によれば、反応流体と空気極又は燃料極との反応の均一性を高めることができる燃料電池が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell which can improve the uniformity of reaction with a reaction fluid, an air electrode, or a fuel electrode is provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。図1において、本実施形態の燃料電池1は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)であり、燃料中の水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
燃料電池1は、スタック2と、このスタック2を上下方向に挟むように配置されたエンドプレート3A,3Bとを備えている。スタック2とエンドプレート3A,3Bとの間には、絶縁プレート4が配置されている。エンドプレート3A,3B及び絶縁プレート4は、平面視正方形状を呈している。スタック2とエンドプレート3A,3Bとは、4つのボルト5により固定されている。
The
上側のエンドプレート3Aには、スタック2内に燃料を導入するための燃料導入管6と、スタック2内から燃料を導出するための燃料導出管7と、スタック2内に空気を導入するための空気導入管8と、スタック2内から空気を導出するための空気導出管9とが取り付けられている。燃料導入管6及び燃料導出管7は、エンドプレート3Aにおける一方の対向する2つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。空気導入管8及び空気導出管9は、エンドプレート3Aにおける他方の対向する2つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。
In the
図2(a)は、図1のA2−A2線断面図であり、図2(b)は、図1のB2−B2線断面図である。なお、図2(a)及び図2(b)では、エンドプレート3A,3B及び絶縁プレート4は省略している。
2A is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line B2-B2 in FIG. In FIGS. 2A and 2B, the
図2において、スタック2は、セル本体10とインターコネクタ11とが複数ずつ交互に積層された構造を有している。スタック2の最上層及び最下層は、インターコネクタ11である。なお、以下の説明においては、XYZ軸に基づいて説明を行う場合がある。ここでは、Z軸方向がスタック2の積層方向に該当する。
In FIG. 2, the
セル本体10は、積層方向に隣り合う2つのインターコネクタ11間に配置されている。セル本体10は、電解質12と、この電解質12の下面側に配置された燃料極(アノード)13と、電解質12の上面側に配置された空気極(カソード)14とを有している。セル本体10は、燃料と空気とを発電反応させる。
The
インターコネクタ11は、セル本体10を燃料極13側及び空気極14側から挟むように配置されている。インターコネクタ11は、燃料極13と対向する燃料流路形成部(流路形成部)15と、空気極14と対向する空気流路形成部(流路形成部)16とを有している。燃料流路形成部15は、燃料極13に燃料を供給する流路を形成する。空気流路形成部16は、空気極14に空気を供給する流路を形成する。
The
燃料流路形成部15及び空気流路形成部16は、例えば複数の柱状または壁状の突起部50,51が設けられた構造を有している。突起部50,51は、プレス加工等によりインターコネクタ11と一体成形されていてもよいし、流路を形作る部材を介入させて形成されていてもよい。このとき、各突起部50,51間の空間が燃料及び空気を流す流路となる。なお、突起部50,51の詳細な構成については後述する。
The fuel flow
積層方向に隣り合う2つのインターコネクタ11間におけるセル本体10の周囲には、1対の柱状部材40及び1対の柱状部材41がセル本体10を取り囲むように配置されている。各柱状部材40は、セル本体10を挟んで対向配置されている。各柱状部材41は、セル本体10を挟んで各柱状部材40の対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。
A pair of
柱状部材40,41は、何れも環状を呈している。柱状部材40,41は、燃料と空気とが混合しないように隣り合う2つのインターコネクタ11同士を繋ぐと共に、隣り合う2つのインターコネクタ11同士を電気的に絶縁する部材である。柱状部材40,41は、電気絶縁性を有する材料から構成されている。柱状部材40の内側領域S1は、燃料が通る通路となっている。柱状部材41の内側領域S2は、空気が通る通路となっている。また、柱状部材40,41とインターコネクタ11とが接触する面には、図示しない接着剤等が設けられている。なお、インターコネクタ11間は上述の柱状部材40,41で接続されていなくともよく、他の形状の部材が採用されてもよい。
Each of the
インターコネクタ11は、燃料導入管6から燃料を導入する燃料導入通路17と、燃料導出管7に燃料を導出する燃料導出通路18と、空気導入管8から空気を導入する空気導入通路19と、空気導出管9に空気を導出する空気導出通路20とを有している。燃料導入通路17、燃料導出通路18、空気導入通路19及び空気導出通路20は、何れも断面長穴形状を呈している。燃料導入通路17と燃料導出通路18とは、燃料流路形成部15及び空気流路形成部16を挟んで対向配置されている。空気導入通路19と空気導出通路20とは、燃料流路形成部15及び空気流路形成部16を挟んで燃料導入通路17と燃料導出通路18との対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。燃料導入通路17、燃料導出通路18、空気導入通路19、及び空気導出通路20は、Z軸方向(積層方向)へ延びている。
The
また、インターコネクタ11は、燃料導入通路17から燃料流路形成部15へ反応流体を流入させる燃料入口部21と、燃料流路形成部15から燃料導出通路18へ反応流体を流出させる燃料出口部22と、空気導入通路19から空気流路形成部16へ反応流体を流入させる空気入口部23と、空気流路形成部16から空気導出通路20へ反応流体を流出させる空気出口部24と、が形成されている。
In addition, the
燃料入口部21は、燃料導入通路17及び燃料流路形成部15と連通されている。燃料出口部22は、燃料導出通路18及び燃料流路形成部15と連通されている。燃料入口部21及び燃料出口部22は、燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料を流すための流路であり、Y軸方向に延びる流路である。空気入口部23は、空気導入通路19及び空気流路形成部16と連通されている。空気出口部24は、空気導出通路20及び空気流路形成部16と連通されている。空気入口部23及び空気出口部24は、空気導入通路19から空気導出通路20に空気を流すための流路であり、X軸方向に延びている。
The
このようなインターコネクタ11において、燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料が流れる方向(第1の方向)はY軸正方向である。空気導入通路19から空気導出通路20に空気が流れる方向(第1の方向)はX軸正方向である。すなわち、燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料が流れる方向と空気導入通路19から空気導出通路20に空気が流れる方向とは、垂直に交差している。
In such an
燃料導入管6から燃料導入通路17に導入された燃料は、燃料入口部21及び燃料流路形成部15を通ってセル本体10の燃料極13に供給されると共に、燃料入口部21及び燃料導出通路18を通って燃料導出管7に導出される。空気導入管8から空気導入通路19に導入された空気は、空気入口部23及び空気流路形成部16を通ってセル本体10の空気極14に供給されると共に、空気出口部24及び空気導出通路20を通って空気導出管9に導出される。
The fuel introduced from the fuel introduction pipe 6 into the
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態に係る燃料電池1の特徴部について説明する。図3は、図2(a)に示すIII−III線に沿った断面を模式的に示す概略断面図である。図4は、図2(b)に示すIV−IV線に沿った断面を模式的に示す概略断面図である。
Next, the characteristic part of the
図3に示すように、積層方向から見て、燃料流路形成部15には、燃料極13に沿って燃料が流通する流通部52と、積層方向に延びて当該積層方向と直交する平面方向(XY平面方向)に沿って複数配列される突起部50と、を有する反応領域53が形成される。図4に示すように、積層方向から見て、燃料流路形成部15には、空気極14に沿って空気が流通する流通部54と、積層方向に延びて当該積層方向と直交する平面方向(XY平面方向)に沿って複数配列される突起部51と、を有する反応領域55が形成される。反応領域53,55は、反応流体とセル本体10とが接触して反応しうる可能性がある領域(突起部50,51を設けることで、積極的に反応しないように構成された領域も含む)を示す。あるいは、反応領域53,55とは、セル本体10に形成された燃料極13と空気極14のいずれか面積の小さい電極の存在する領域と定義されてもよい。図3,4では、正方形で示す領域が模式的に反応領域53,55として示されている。また、反応領域53,55のうち、ハッチングが付された突起部50,51以外の領域が流通部52,54に該当する。
As shown in FIG. 3, when viewed from the stacking direction, the fuel flow
このような反応領域53に対して、Y軸方向負側(図3,4の紙面左側)からY軸方向正側(図3,4の紙面右側)へ向けて燃料が通過する。また、反応領域53とセル本体10を挟んで裏側に形成される反応領域55(図4参照)に対しては、X軸方向負側(図3の紙面上側、図4の紙面下側)からY軸方向正側(図3の紙面下側、図4の紙面上側)へ向けて空気が通過する。
The fuel passes through the
このような燃料及び空気の流れの方向に基づいて、突起部50,51の配列パターンは、反応領域53,55内の平面方向における位置によって異なっている。具体的には、燃料及び空気が交差流となる場合、燃料入口と空気出口が相対する位置、すなわちX軸方向負側及びY軸方向負側の位置(図6においてAで示される位置)では、燃料及び空気の供給が過剰となる傾向にある。一方、逆の条件の位置、すなわちX軸方向正側及びY軸方向正側の位置(図6においてBで示される位置)では、燃料及び空気の供給が不足する傾向にある。従って、図3(及び後述の図6(a))に示すように、X軸方向負側において燃料の供給量を抑制し、X軸方向正側において燃料の供給量が多くなるように、X軸方向負側からX軸方向正側へ向かうに従って、一つ当たりの突起部50の断面積が大きくなっている。なお、燃料が流れる方向であるY軸方向に対しては、同じ大きさの突起部50が配置されてよいが、Y軸方向の位置に応じて突起部50の大きさを変えてもよい。また、図4(及び後述の図6(b))に示すように、Y軸方向負側において燃料の供給量を抑制し、Y軸方向正側において燃料の供給量が多くなるように、Y軸方向負側からY軸方向正側へ向かうに従って、一つ当たりの突起部51の断面積が大きくなっている。なお、燃料が流れる方向であるX軸方向に対しては、同じ大きさの突起部51が配置されてよいが、Y軸方向の位置に応じて突起部51の大きさを変えてもよい。なお、突起部50,51の大きさの変化のパターンは特に限定されず、1列ずつ突起部50,51の大きさが変化してもよく、数列ごとに突起部50,51の大きさが変化してもよい。
Based on the flow direction of the fuel and air, the arrangement pattern of the
上述のような反応領域53,55に対して、単位面積SA1,SA2を設定した場合、反応領域53,55は、単位面積SA1,SA2当たりに突起部50,51が占める割合が、平面方向(XY平面方向)における各位置において一定となる領域WA1,WA2を有している。本実施形態では、一つ当りの突起部50が小さい反応領域53のX軸方向正側の領域では、一つ当りの突起部50が大きい反応領域55のX軸方向負側の領域よりも、単位面積SA1当たりの突起部50の個数が多くなるように設定されている。また、一つ当りの突起部51が小さい反応領域55のY軸方向正側の領域では、一つ当りの突起部51が大きい反応領域55のY軸方向負側の領域よりも、単位面積SA1当たりの突起部51の個数が多くなるように設定されている。
When the unit areas SA1 and SA2 are set for the
なお、当該条件を満たす領域WA1,WA2は、反応領域53,55全体の面積(100%)であってもよいが、100%の面積でなくともよい。例えば、反応領域53,55の外縁部付近のように、突起部50,51を設け難い位置は、領域WA1,WA2に含まれていなくともよい。あるいは、所定の目的により、中心線CL1付近や中心線CL2付近において突起部50,51を部分的に形成しない場合、中心線CL1や中心線CL2付近も、領域WA1,WA2に含まれていなくともよい。ただし、領域WA1,WA2は、反応領域53,55全体に対して、80%以上の面積を有していることが好ましく、90%以上の面積を有していることが更に好ましい。
The areas WA1 and WA2 that satisfy the condition may be the entire area (100%) of the
単位面積SA1,SA2は、反応領域53,55に対して任意の位置に設定される基準面積である。単位面積SA1,SA2は、反応領域53,55中のXY方向におけるどの位置に設定したとしても、少なくとも流通部52,54及び突起部50,51の両方を含む。なお、図3,4では、反応領域53,55の四隅にのみ単位面積SA1,SA2が示されているが、これらの位置の間の位置にも単位面積SA1,SA2は設定される。単位面積SA1,SA2内に含まれる突起部50,51の一つ当たりの大きさや、配列パターンは、単位面積SA1,SA2が設定された反応領域53,55内の位置によって異なる。しかし、そのような大きさや配列パターンの違いに関わらず、単位面積SA1,SA2当たりに突起部50,51が占める割合がXY平面方向における各位置において一定となる。
The unit areas SA1 and SA2 are reference areas set at arbitrary positions with respect to the
単位面積SA1,SA2が小さすぎる場合、単位面積SA1,SA2に含まれる突起部50,51の配置によって、単位面積SA1,SA2内で突起部50,51が占める面積の割合が変化する場合がある。従って、単位面積SA1,SA2は、ある程度の大きさに設定されることにより、突起部50,51の占める割合が、低くなりすぎることを抑制できる。なお、図3に示すX軸方向正側の領域や、図4に示すY軸方向正側の領域のように一つ当たりの突起部50,51が小さい場合に比して、図3に示すX軸方向負側の領域や、図4に示すY軸方向負側の領域のように一つ当たりの突起部50,51が大きい領域の方が、単位面積SA1,SA2に含まれる突起部50,51の配置による、面積割合の変化が起こり易くなる。例えば、反応領域53,55の中で最大面積を有する突起部50,51が形成されている領域(図3に示すX軸方向負側の端部付近の領域や、図4に示すY軸方向負側の端部付近の領域)においては、単位面積SA1,SA2が、当該領域のどの位置に配置されていたとしても、少なくとも一つの突起部50,51の全体を含む程度の大きさに設定されていることが好ましい。
When the unit areas SA1 and SA2 are too small, the proportion of the area occupied by the
ここで、図5を参照して、単位面積SA1,SA2の設定について更に詳細に説明する。図5(a)に示す例では、単位面積SA1,SA2は一辺の長さがpの正方形となっている。また、突起部50,51の断面は直径dの正円となっている。当該図では、単位面積SA1,SA2の四隅が四方の突起部50,51の中心に設置されている状態が示されている。この場合、単位面積SA1,SA2当たりに突起部50,51が占める面積の割合は、半径d/2の円の面積2つ分を単位面積SA1,SA2(p2)で割った値となる。このとき、単位面積SA1,SA2の面積は、最大面積を有する突起部50,51の面積のn倍の大きさであってよい。また、この場合、「n>5」と設定する。領域WA1,WA2に対して、全体の突起部50,51が占める割合が30〜40%であるとすると、単位面積SA1,SA2が、最大面積の突起部50,51の面積の5倍より大きければ、面積割合が低く算出されることを抑制できる。なお、単位面積SA1,SA2の上限は、例えば、全体の面積の50%と設定してよい。
Here, the setting of the unit areas SA1 and SA2 will be described in more detail with reference to FIG. In the example shown in FIG. 5A, the unit areas SA1 and SA2 are squares having a side length of p. Moreover, the cross section of the
なお、図5(b)のように、突起部50,51が、反応流体の流れに対して延びると共に、当該流れに垂直に離間するように配列されるパターンであってもよい。この場合、反応領域53,55に対して、少なくとも流通部52,54及び突起部50,51の両方を含む単位幅(大きさはp)を設定する。単位幅pは、平面方向において、反応流体の流れと垂直に延びている。反応領域53,55は、単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が、平面方向における各位置において一定となる領域を有している。図5(b)では、単位幅pの中に、幅dの突起部50,51が一つ含まれ、流通部52,54を構成する流路が一つ含まれる。従って、突起部50,51が占める割合は、「d/p」で示される。ただし、単位幅pの中に複数の突起部50,51が含まれてよい。単位幅pを設定した場合、突起部50,51の幅をdとしたら、単位幅pは、幅dのn倍であってよい。また、この場合、「n>5」と設定する。
As shown in FIG. 5B, the
本実施形態では、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が、平面方向における各位置において一定となるが、ここでの「一定」とは完全に一定である必要はなく、ある程度の誤差は許容される。例えば、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が、所定の割合からの誤差10%以内の場合、当該割合は一定であるとする。例えば、基準となる「所定の割合」が40%である場合、40±10%の範囲であれば誤差の範囲内とする。なお、基準となる「所定の割合」は特に限定されない。
In the present embodiment, the proportion of the
また、燃料極13側の反応領域53における、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりの割合と、空気極14側の反応領域55における、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりの割合とは、一定であってよい。ただし、各面積割合は、一定でなくともよい。
Further, the ratio per unit area SA1, SA2 or unit width p in the
次に、本実施形態に係る燃料電池1の作用・効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
ここで、図6は、比較例に係る燃料電池の反応領域53,55の突起部50,51の配列パターンの概略構成を示す図である。比較例に係る燃料電池では、本実施形態に係る燃料電池1と同様、燃料が燃料極13に対して均一に供給され、空気が空気極14に対して均一に供給されるように、突起部50,51の大きさが位置によって異なるように設定されている。しかしながら、突起部50,51が大きい位置と小さい位置における、突起部50,51の面積割合が平面方向における位置によって異なっている。従って、流路内の位置によって、反応流体と空気極14又は燃料極13との反応に偏りが生じるという問題が生じ得る。
Here, FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the arrangement pattern of the
本実施形態に係る燃料電池1では、図6の比較例と同様、空気極14又は燃料極13に対して反応流体が均一に供給されるように突起部50,51の配列パターンを設定している。また、反応領域53,55に対して、少なくとも流通部52,54及び突起部50,51の両方を含む単位面積SA1,SA2又は単位幅pを設定した場合、反応領域53,55は、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が、平面方向における各位置において一定となる領域WA1,WA2を有している。これにより、突起部50,51の配列パターンが反応領域53,55内の平面方向における位置によって異なっていても、反応領域53,55の平面方向の各位置において、突起部50,51が占める割合(面積割合、又は幅割合)を一定にすることができる。これにより、反応領域53,55の平面方向の位置によらず、燃料極13又は空気極14に沿って反応流体が流れる流通部52,54の割合も一定にすることができる。従って、反応流体と空気極14又は燃料極13との反応の平面方向の位置による偏りを低減し、反応の均一性を高めることができる。また、圧損が一部で大きくなりすぎることも抑制できる。
In the
平面方向における各位置において、燃料極13側の反応領域53における、単位面積SA1又は単位幅p当たりの割合(面積割合、又は幅割合)と、空気極14側の反応領域55における、単位面積SA2又は単位幅p当たりの割合とは、一定である。このように、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりの割合を、燃料極13側及び空気極14側の両方について一定とすることで、燃料極13及び空気極14の何れかに対する反応流体が過剰となることを抑制できる。
At each position in the planar direction, the ratio (area ratio or width ratio) per unit area SA1 or unit width p in the
単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が、所定の割合からの誤差10%以内の場合、当該割合は一定である。これにより、単位面積SA1,SA2又は単位幅p当たりに突起部50,51が占める割合が誤差の範囲で変化する場合に、一定であるとみなすことができる。
When the ratio of the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、突起部の配列パターンは、上述の実施形態に限定されるものではなく、反応領域の平面方向における位置によって異なるものであれば、あらゆる配列パターンを採用してもよい。例えば、突起部は円形状に限らず楕円形やひし形のような形状を採用してよい。また、溝形状も長さ方向に幅が除変するパターンを採用してよい。 For example, the arrangement pattern of the protrusions is not limited to the above-described embodiment, and any arrangement pattern may be adopted as long as it varies depending on the position of the reaction region in the planar direction. For example, the protruding portion is not limited to a circular shape, and may have an elliptical shape or a rhombus shape. Also, the groove shape may adopt a pattern in which the width is changed in the length direction.
また、単位面積の形状は正方形に限らず長方形や円形等、あらゆる形状を採用してよい。また、突起部の断面形状も特に限定されず、矩形等のあらゆる形状を採用してもよい。 Further, the shape of the unit area is not limited to a square, and any shape such as a rectangle or a circle may be adopted. Further, the cross-sectional shape of the protrusion is not particularly limited, and any shape such as a rectangle may be adopted.
1…燃料電池、10…セル本体、11…インターコネクタ、12…電解質、13…燃料極、14…空気極、15…燃料流路形成部、16…空気流路形成部、50,51…突起部、52,54…流通部、53,55…反応領域。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記セル本体を前記燃料極側又は前記空気極側から挟むように積層され、積層方向において、前記燃料極又は前記空気極と対向して、反応流体である前記燃料又は前記空気を流す流路形成部を有するインターコネクタと、を備え、
前記積層方向から見て、前記流路形成部には、前記燃料極又は前記空気極に沿って前記反応流体が流通する流通部と、前記積層方向に延びて当該積層方向と直交する平面方向に複数配列される突起部と、を有する反応領域が形成され、
前記突起部の配列パターンは、前記反応領域内の前記平面方向における位置によって異なっており、
前記反応領域に対して、少なくとも前記流通部及び前記突起部の両方を含む単位面積又は単位幅を設定した場合、
前記反応領域は、前記単位面積又は前記単位幅当たりに前記突起部が占める割合が、前記平面方向における各位置において一定となる領域を有している、燃料電池。 A cell body having a fuel electrode disposed on one surface side of the electrolyte and an air electrode disposed on the other surface side of the electrolyte, and generating and reacting fuel and air;
The cell body is stacked so as to be sandwiched from the fuel electrode side or the air electrode side, and in the stacking direction, facing the fuel electrode or the air electrode, a flow path for flowing the fuel or air as a reaction fluid is formed. An interconnector having a portion,
When viewed from the laminating direction, the flow path forming portion includes a flow portion through which the reaction fluid flows along the fuel electrode or the air electrode, and a planar direction extending in the laminating direction and orthogonal to the laminating direction. A reaction region having a plurality of protrusions arranged,
The arrangement pattern of the protrusions differs depending on the position in the planar direction in the reaction region,
When the unit area or unit width including at least both the flow part and the protrusion is set for the reaction region,
The reaction region includes a region in which a ratio of the protrusion per unit area or unit width is constant at each position in the planar direction.
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