JP2018055788A - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack capable of efficiently discharging residual water from a gas passage to a manifold.SOLUTION: A fuel cell stack includes a plurality of cell units stacked therein, each cell unit including a membrane electrode assembly 1, a first separator 3 disposed on a lower side of the membrane electrode assembly 1, and a second separator 5 disposed on an upper side of the membrane electrode assembly 1. A fuel gas outflow passage 53 is a hydrophobic region continuous passage where a hydrophobic region 55 is continuously connected over the total length of the fuel gas outflow passage 53 (gas passage) while both of the hydrophobic region 55 and a hydrophilic region 57 are formed to the inner surface of the fuel gas outflow passage 53 (gas passage).SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack.

従来から、燃料電池スタックにおいては、燃料ガス流路を流れた燃料ガスをマニホールドに排出させる構造が公知である(特許文献1参照)。   Conventionally, in a fuel cell stack, a structure in which fuel gas flowing through a fuel gas flow path is discharged to a manifold is known (see Patent Document 1).

この特許文献1におけるアノード側セパレータは、水素流路と、水素流路を通ったアノードオフガスが流入する出口バッファ部と、出口バッファ部のマニホールド側に配設されたアノードオフガス導出流路と、を備えている。前記水素流路から流出したアノードオフガスは、出口バッファ部からアノードオフガス導出流路を介してマニホールドに排出される。   The anode-side separator in Patent Document 1 includes a hydrogen channel, an outlet buffer unit into which anode off-gas flows through the hydrogen channel, and an anode off-gas outlet channel disposed on the manifold side of the outlet buffer unit. I have. The anode off gas flowing out from the hydrogen flow path is discharged from the outlet buffer portion to the manifold via the anode off gas outlet flow path.

特開2013−118125JP2013-118125A

しかしながら、特許文献1では、出口バッファ部に親水性処理が施され、アノードオフガス導出流路に撥水性処理が施されている。従って、アノードオフガスに混入した残留水が、撥水性を有するアノードオフガス導出流路で溜まりやすくなるという問題があった。   However, in Patent Document 1, hydrophilic processing is performed on the outlet buffer portion, and water repellency processing is performed on the anode off-gas outlet flow path. Therefore, there is a problem that the residual water mixed in the anode off gas is likely to be accumulated in the anode off gas outlet passage having water repellency.

そこで、本発明は、残留水をガス流路から効率的にマニホールドに排出することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of efficiently discharging residual water from a gas flow path to a manifold.

本発明に係る燃料電池スタックは、膜電極接合体、第1セパレータ、および第2セパレータからなるセルユニットが複数積層されて構成される。撥水性領域がガス通路の全長に亘って連続して繋がっている撥水性領域連続通路を設けた。   The fuel cell stack according to the present invention is configured by laminating a plurality of cell units including a membrane electrode assembly, a first separator, and a second separator. A water repellent region continuous passage in which the water repellent region is continuously connected over the entire length of the gas passage is provided.

本発明に係る燃料電池スタックによれば、ガスに混入した残留水をガス通路から効率的にマニホールドに排出することができる。   According to the fuel cell stack of the present invention, the residual water mixed in the gas can be efficiently discharged from the gas passage to the manifold.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するセルユニットの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a cell unit constituting the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. 図2のうち、(a)はセルユニットを構成する第1セパレータの裏面を示す背面図、(b)は(a)におけるA−A線による断面図、(c)は(a)におけるB−B線による断面図である。2, (a) is a rear view showing the back surface of the first separator constituting the cell unit, (b) is a cross-sectional view taken along line AA in (a), and (c) is B- in (a). It is sectional drawing by a B line. 図3のうち、(a)はセルユニットを構成する第2セパレータの裏面を示す背面図、(b)は(a)におけるC−C線による断面図、(c)は(a)におけるD−D線による断面図である。3, (a) is a rear view showing the back surface of the second separator constituting the cell unit, (b) is a sectional view taken along the line CC in (a), and (c) is a sectional view taken along line D- in (a). It is sectional drawing by D line. 図4は、上下方向に隣接する一対のセルユニットを示す断面図であり、図2(b)および図3(b)に対応している。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a pair of cell units adjacent in the vertical direction, and corresponds to FIGS. 2B and 3B. 図5は、上下方向に隣接する一対のセルユニットを示す断面図であり、図2(c)および図3(c)に対応している。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a pair of cell units adjacent in the vertical direction, and corresponds to FIG. 2 (c) and FIG. 3 (c). 図6は、図1における膜電極接合体と第1セパレータと第2セパレータとを組み付けた状態の要部を示す一部が断面の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view, partly in section, showing the main part in a state where the membrane electrode assembly, the first separator, and the second separator in FIG. 1 are assembled. 図7は、図6における燃料ガス流出通路を拡大した図である。FIG. 7 is an enlarged view of the fuel gas outflow passage in FIG. 図8は、図7において親水性領域と撥水性領域とを示す第1態様に係る概略図である。FIG. 8 is a schematic view according to the first embodiment showing a hydrophilic region and a water repellent region in FIG. 7. 図9は、図7において親水性領域と撥水性領域とを示す第2態様に係る概略図である。FIG. 9 is a schematic view according to the second embodiment showing the hydrophilic region and the water repellent region in FIG. 図10は、図7において親水性領域と撥水性領域とを示す第3態様に係る概略図である。FIG. 10 is a schematic view according to the third embodiment showing the hydrophilic region and the water repellent region in FIG. 図11は、第2の実施形態に係る燃料ガス流出通路を拡大した図であり、図7に対応している。FIG. 11 is an enlarged view of the fuel gas outflow passage according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 図12は、図11において親水性領域と撥水性領域とを示す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing a hydrophilic region and a water-repellent region in FIG. 図13は、第3の実施形態に係る燃料ガス流出通路を拡大した図であり、図7および図11に対応している。FIG. 13 is an enlarged view of the fuel gas outflow passage according to the third embodiment, and corresponds to FIGS. 7 and 11. 図14は、図13において親水性領域と撥水性領域とを示す第1態様に係る概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram according to the first embodiment showing the hydrophilic region and the water repellent region in FIG. 13. 図15は、図13において親水性領域と撥水性領域とを示す第2態様に係る概略図である。FIG. 15 is a schematic view according to the second embodiment showing the hydrophilic region and the water repellent region in FIG. 13. 図16は、第4の実施形態に係る燃料ガス流出通路を拡大した図であり、図7、図11および図13に対応している。FIG. 16 is an enlarged view of the fuel gas outflow passage according to the fourth embodiment, and corresponds to FIGS. 7, 11, and 13. 図17は、図16において親水性領域と撥水性領域とを示す概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing a hydrophilic region and a water-repellent region in FIG.

以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。なお、図面において、燃料電池スタックの積載方向の上側(鉛直上方)をP方向、下側(鉛直下方)をQ方向、水平方向をR方向、セルユニットの短手方向をX方向、長手方向をY方向とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawing, the upper side (vertically upward) of the stack direction of the fuel cell stack is the P direction, the lower side (vertically downward) is the Q direction, the horizontal direction is the R direction, the short direction of the cell unit is the X direction, and the longitudinal direction is the longitudinal direction. The Y direction is assumed.

[第1の実施形態]
まず、第1の実施形態に係る燃料電池スタックを図1〜図10を用いて説明する。
[First embodiment]
First, the fuel cell stack according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

第1の実施形態に係る燃料電池スタックには、セルユニットが上下方向に沿って複数段に積層されている。   In the fuel cell stack according to the first embodiment, cell units are stacked in a plurality of stages along the vertical direction.

1つのセルユニットは、膜電極接合体1と、膜電極接合体1の下側(Q方向)に配置された第1セパレータ3と、膜電極接合体1の上側(P方向)に配置された第2セパレータ5と、から構成される。これらの膜電極接合体1、第1セパレータ3および第2セパレータ5は水平方向であるR方向に沿って延びる平面視が長方形状に形成されており、図面では長手方向(Y方向)の中央部分まで示している。なお、1つの燃料電池スタックを構成するセルユニットの数は限定されない。   One cell unit is disposed on the membrane electrode assembly 1, the first separator 3 disposed on the lower side (Q direction) of the membrane electrode assembly 1, and on the upper side (P direction) of the membrane electrode assembly 1. And a second separator 5. The membrane electrode assembly 1, the first separator 3, and the second separator 5 are formed in a rectangular shape in a plan view extending along the R direction which is a horizontal direction, and in the drawing, a central portion in the longitudinal direction (Y direction) Shows up. The number of cell units constituting one fuel cell stack is not limited.

膜電極接合体1は、MEA(Membrane Electrode Assembly)とも呼称されるものであり、長手方向であるY方向の中央部に反応面7が形成されている。この反応面7は、例えば固体高分子からなる電解質膜と電解質膜を挟持する一対の電極とを備える。図1,4,5に示すように、膜電極接合体1におけるY方向の端部には、短手方向であるX方向に沿って燃料ガス用マニホールド9、冷却媒体用マニホールド11および酸化ガス用マニホールド13が並列している。また、膜電極接合体1の上面および下面には、断面円形状のシール材15が配索されている。   The membrane electrode assembly 1 is also referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly), and a reaction surface 7 is formed at the center in the Y direction, which is the longitudinal direction. The reaction surface 7 includes an electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer and a pair of electrodes that sandwich the electrolyte membrane. As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the fuel gas manifold 9, the cooling medium manifold 11, and the oxidizing gas manifold are disposed at the end in the Y direction of the membrane electrode assembly 1 along the X direction, which is the short direction. Manifolds 13 are in parallel. A sealing material 15 having a circular cross section is routed on the upper and lower surfaces of the membrane electrode assembly 1.

第1セパレータ3は、図1,2,4,5に示すように、膜電極接合体1の下側に組み付けられるため、膜電極接合体1と第1セパレータ3とで画成される空間に酸化ガス(例えば、酸素)が流れるように構成されている。第1セパレータ3におけるY方向の端部には、短手方向であるX方向に沿って燃料ガス用マニホールド17、冷却媒体用マニホールド19および酸化ガス用マニホールド21が並列している。第1セパレータ3の裏側には、長手方向であるY方向の中央部にY方向に沿って延在する冷却媒体流路23が複数形成されている。燃料ガス用マニホールド17の周縁部のうちY方向の中央側の周縁部には、平坦な凸面25が一般面26よりも上側(P方向)に膨出して形成されている。また、第1セパレータ3の上面および下面の外周部分には、シート状の薄いシール材27が配索されている。   As shown in FIGS. 1, 2, 4, and 5, the first separator 3 is assembled to the lower side of the membrane electrode assembly 1, so that the first separator 3 is formed in a space defined by the membrane electrode assembly 1 and the first separator 3. An oxidizing gas (for example, oxygen) is configured to flow. At the end of the first separator 3 in the Y direction, a fuel gas manifold 17, a cooling medium manifold 19, and an oxidizing gas manifold 21 are arranged in parallel along the X direction, which is the short direction. On the back side of the first separator 3, a plurality of cooling medium flow paths 23 extending along the Y direction are formed at the center in the Y direction, which is the longitudinal direction. A flat convex surface 25 is formed so as to bulge above the general surface 26 (P direction) at the peripheral portion on the center side in the Y direction among the peripheral portions of the fuel gas manifold 17. A thin sheet-like sealing material 27 is routed on the outer peripheral portions of the upper surface and the lower surface of the first separator 3.

第2セパレータ5は、図1,3,4,5に示すように、膜電極接合体1の上側に組み合わされるため、膜電極接合体1と第2セパレータ5とで画成される空間に燃料ガス(例えば、水素)が流れるように構成されている。第2セパレータ5におけるY方向の端部には、短手方向であるX方向に沿って燃料ガス用マニホールド31、冷却媒体用マニホールド33および酸化ガス用マニホールド35が並列している。また、長手方向であるY方向の中央部にY方向に沿って延在する燃料ガス流路37が複数形成されている。燃料ガス流路37のY方向側には、Y方向に沿って延びる燃料ガス排出路39および凸部41が形成されている。燃料ガス排出路39と燃料ガス用マニホールド9との間には、X方向に沿って細長く延びるガス排出孔43が第2セパレータ5に形成され、燃料ガス用マニホールド31の周縁部のうちY方向の中央側の周縁部には、波状部45が形成されている。この波状部45は、図1,6,7に示すように、X方向に行くに従って上下に起伏する波状に延びており、具体的には、湾曲した底部47と頂部49を有する。底部47は、第2セパレータ5の一般面51と同じ高さに配置され、頂部49は、第1セパレータ3の凸面25の裏側に当接している。また、波状部45はY方向に沿って延びており、延在長さはLに設定されている。つまり、延在長さLのいずれの断面も図7に示すように形成されている。そして、図6,7に示すように、第1セパレータ3の凸面25と第2セパレータ5の波状部45とによって閉断面状の燃料ガス流出通路(ガス通路、撥水性領域連続通路)53が画成されている。燃料ガス流出通路53(撥水性領域連続通路)は、セルユニットにおける燃料ガス用マニホールド9,17,31(マニホールド)に連通している。   As shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5, the second separator 5 is combined on the upper side of the membrane electrode assembly 1, so that fuel is formed in a space defined by the membrane electrode assembly 1 and the second separator 5. A gas (for example, hydrogen) is configured to flow. At the end of the second separator 5 in the Y direction, a fuel gas manifold 31, a cooling medium manifold 33, and an oxidizing gas manifold 35 are arranged in parallel along the X direction, which is the short direction. In addition, a plurality of fuel gas flow paths 37 extending along the Y direction are formed at the center in the Y direction, which is the longitudinal direction. On the Y direction side of the fuel gas passage 37, a fuel gas discharge passage 39 and a convex portion 41 extending along the Y direction are formed. Between the fuel gas discharge passage 39 and the fuel gas manifold 9, a gas discharge hole 43 extending in the X direction is formed in the second separator 5. Of the peripheral edge of the fuel gas manifold 31, the gas discharge hole 43 extends in the Y direction. A wavy portion 45 is formed at the peripheral edge on the center side. As shown in FIGS. 1, 6, and 7, the corrugated portion 45 extends in a corrugated shape that undulates vertically as it goes in the X direction, and specifically includes a curved bottom portion 47 and a top portion 49. The bottom 47 is disposed at the same height as the general surface 51 of the second separator 5, and the top 49 is in contact with the back side of the convex surface 25 of the first separator 3. Further, the wavy portion 45 extends along the Y direction, and the extending length is set to L. That is, any cross section of the extended length L is formed as shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, a fuel gas outflow passage (gas passage, water repellent region continuous passage) 53 having a closed cross section is defined by the convex surface 25 of the first separator 3 and the corrugated portion 45 of the second separator 5. It is made. The fuel gas outflow passage 53 (water repellent region continuous passage) communicates with the fuel gas manifolds 9, 17, 31 (manifold) in the cell unit.

次に、燃料ガスの流れを簡単に説明する。   Next, the flow of fuel gas will be briefly described.

図1に示す反応面7を通過した燃料ガスは、水蒸気を含んでおり、図6の矢印に示すように、燃料ガス排出路39に沿ってY方向に流れたのち、ガス排出孔43から上側(P方向)に流れ、燃料ガス流出通路53を通ったあとに、燃料ガス用マニホールド9に流れこむ。   The fuel gas that has passed through the reaction surface 7 shown in FIG. 1 contains water vapor, and flows in the Y direction along the fuel gas discharge passage 39 as shown by the arrow in FIG. After flowing in the (P direction) and passing through the fuel gas outflow passage 53, it flows into the fuel gas manifold 9.

次いで、図7,8を用いて、燃料ガス流出通路53の内面における親水性領域および撥水性領域の第1態様を説明する。なお、図面において、撥水性領域55を太い実線で示し、親水性領域57を細い一点鎖線で示す。また、撥水性領域55は、セパレータの表面に撥水剤を塗布したり、プラズマ処理やUV処理を施したり、サンドブラスト処理を施す等の種々の方法で形成することができる。   Next, the first mode of the hydrophilic region and the water-repellent region on the inner surface of the fuel gas outflow passage 53 will be described with reference to FIGS. In the drawing, the water-repellent region 55 is indicated by a thick solid line, and the hydrophilic region 57 is indicated by a thin one-dot chain line. The water repellent region 55 can be formed by various methods such as applying a water repellent to the surface of the separator, performing plasma treatment or UV treatment, or performing sandblast treatment.

図8に示すように、第1態様では、第2セパレータ5の波状部45の底部47の上面に撥水性領域55を形成している。この撥水性領域55は、断面がU字状に湾曲しており、図6に示す波状部45の延在長さLの全長に亘って形成されている。燃料ガス流出通路53の内面における他の部位は、親水性領域57に形成されている。   As shown in FIG. 8, in the first mode, the water-repellent region 55 is formed on the upper surface of the bottom 47 of the wavy portion 45 of the second separator 5. The water-repellent region 55 has a U-shaped cross section and is formed over the entire length L of the corrugated portion 45 shown in FIG. Other portions on the inner surface of the fuel gas outflow passage 53 are formed in the hydrophilic region 57.

図9に示すように、X方向に沿って閉断面の燃料ガス流出通路53が複数されている。第2態様では、これらの燃料ガス流出通路53についてX方向に沿って一つとびに第2セパレータ5の波状部45の上面全体に撥水性領域55を形成している。つまり、所定の閉断面の燃料ガス流出通路53においては、第2セパレータ5の波状部45の上面全体に撥水性領域55を形成し、第1セパレータ3の凸面25の裏側には親水性領域57が形成されている。そして、X方向において、前記所定の燃料ガス流出通路53に隣接する燃料ガス流出通路53の内面は、全面に親水性領域57を形成し、撥水性領域55を全く形成していない。なお、この撥水性領域55は、図6に示す波状部45の延在長さLの全長に亘って形成されている。   As shown in FIG. 9, a plurality of fuel gas outflow passages 53 having a closed cross section are provided along the X direction. In the second mode, the water-repellent region 55 is formed on the entire upper surface of the corrugated portion 45 of the second separator 5 in the fuel gas outflow passage 53 one by one along the X direction. That is, in the fuel gas outflow passage 53 having a predetermined closed cross section, the water repellent region 55 is formed on the entire upper surface of the corrugated portion 45 of the second separator 5, and the hydrophilic region 57 is formed on the back side of the convex surface 25 of the first separator 3. Is formed. In the X direction, the inner surface of the fuel gas outflow passage 53 adjacent to the predetermined fuel gas outflow passage 53 forms a hydrophilic region 57 on the entire surface, and does not form a water repellent region 55 at all. The water repellent region 55 is formed over the entire length L of the corrugated portion 45 shown in FIG.

図10に示すように、第3態様では、第1セパレータ3の凸面25の裏側の全面に撥水性領域55が形成されている。そして、第2セパレータ5の波状部45の上面全体に親水性領域57を形成している。なお、この撥水性領域55は、図6に示す波状部45の延在長さLの全長に亘って形成されている。   As shown in FIG. 10, in the third mode, a water repellent region 55 is formed on the entire back surface of the convex surface 25 of the first separator 3. And the hydrophilic area | region 57 is formed in the whole upper surface of the wavelike part 45 of the 2nd separator 5. FIG. The water repellent region 55 is formed over the entire length L of the corrugated portion 45 shown in FIG.

以下に、第1の実施形態による作用効果を説明する。   Below, the effect by 1st Embodiment is demonstrated.

(1)膜電極接合体1、膜電極接合体1の下側(表面側)に配設される第1セパレータ3、および、膜電極接合体1の上側(裏面側)に配設される第2セパレータ5からなるセルユニットが複数積層されて構成される燃料電池スタックである。 (1) The membrane electrode assembly 1, the first separator 3 disposed on the lower side (front surface side) of the membrane electrode assembly 1, and the first disposed on the upper side (back surface side) of the membrane electrode assembly 1. The fuel cell stack is configured by stacking a plurality of cell units each including two separators 5.

これらの膜電極接合体1、第1セパレータ3および第2セパレータ5同士の間に形成されてガスが流通可能なガス通路の少なくともいずれかである燃料ガス流出通路53は、
燃料ガス流出通路53(ガス通路)の内面に撥水性領域55および親水性領域57の双方が形成されると共に、この撥水性領域55が燃料ガス流出通路53(ガス通路)の全長に亘って連続して繋がっている撥水性領域連続通路である。
A fuel gas outflow passage 53 that is formed between the membrane electrode assembly 1, the first separator 3, and the second separator 5 and that is at least one of gas passages through which gas can flow,
Both the water-repellent region 55 and the hydrophilic region 57 are formed on the inner surface of the fuel gas outflow passage 53 (gas passage), and the water-repellent region 55 is continuous over the entire length of the fuel gas outflow passage 53 (gas passage). It is a water repellent region continuous passage that is connected.

作動中の燃料電池におけるガス(特に燃料ガス)には残留水が混入しているため、残留水を残留したままにしておくとマニホールドからガスを排出する効率が低下する。   Residual water is mixed in the gas (especially fuel gas) in the operating fuel cell. Therefore, if the residual water remains, the efficiency of exhausting the gas from the manifold is lowered.

本実施形態では、撥水性領域55が燃料ガス流出通路53(ガス通路)の全長に亘って連続して繋がっている撥水性領域連続通路を燃料ガス流出通路53に設定されている。残留水は、撥水性領域55ではじかれて流通しやすくなっており、かつ、撥水性領域55が燃料ガス流出通路53の全長に亘って連続して繋がっている。従って、燃料ガスに混入した残留水を燃料ガス流出通路53から効率的に燃料ガス用マニホールド9,17,31(マニホールド)に排出することができる。   In the present embodiment, a water repellent region continuous passage in which the water repellent region 55 is continuously connected over the entire length of the fuel gas outflow passage 53 (gas passage) is set as the fuel gas outflow passage 53. Residual water is easily recirculated in the water-repellent region 55, and the water-repellent region 55 is continuously connected over the entire length of the fuel gas outflow passage 53. Therefore, the residual water mixed in the fuel gas can be efficiently discharged from the fuel gas outflow passage 53 to the fuel gas manifolds 9, 17, 31 (manifold).

(2)燃料ガス流出通路53(撥水性領域連続通路)は、セルユニットにおける燃料ガス用マニホールド9,17,31(マニホールド)に連通している。 (2) The fuel gas outflow passage 53 (water repellent region continuous passage) communicates with the fuel gas manifolds 9, 17, 31 (manifold) in the cell unit.

具体的には、燃料ガス流出通路53の出口が燃料ガス用マニホールド9,17,31に続くように形成されている。従って、燃料ガス流出通路53の出口から流出した残留水を効率的に燃料ガス用マニホールド9,17,31(マニホールド)に排出することができる。   Specifically, the outlet of the fuel gas outflow passage 53 is formed so as to continue to the fuel gas manifolds 9, 17, and 31. Accordingly, the residual water flowing out from the outlet of the fuel gas outflow passage 53 can be efficiently discharged to the fuel gas manifolds 9, 17, 31 (manifold).

(3)燃料ガス流出通路53(撥水性領域連続通路)において、撥水性領域は下側に配置され、親水性領域は上側に配置されている。 (3) In the fuel gas outflow passage 53 (water repellent region continuous passage), the water repellent region is disposed on the lower side and the hydrophilic region is disposed on the upper side.

残留水は重力によって下側(垂直下方側)に溜まるため、撥水性領域を下側に配置することにより、残留水をさらに効率的に燃料ガス用マニホールド9,17,31(マニホールド)に排出しやすくすることができる。   Residual water accumulates on the lower side (vertically below) due to gravity, so by disposing the water-repellent region on the lower side, the residual water is more efficiently discharged to the fuel gas manifolds 9, 17, 31 (manifold). It can be made easier.

(4)燃料ガス流出通路53(撥水性領域連続通路)は、複数の閉断面構造に形成されている。 (4) The fuel gas outflow passage 53 (water repellent region continuous passage) is formed in a plurality of closed cross-sectional structures.

燃料ガス流出通路53が複数の閉断面構造からなるため、所定の燃料ガス流出通路53からの残留水の排出性が低下しても、別の燃料ガス流出通路53から残留水を排出することができる。   Since the fuel gas outflow passage 53 has a plurality of closed cross-sectional structures, even if the discharge performance of the residual water from the predetermined fuel gas outflow passage 53 decreases, the residual water can be discharged from another fuel gas outflow passage 53. it can.

[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明するが、第1の実施形態と同一構成の部位には、同一符号を付けて説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

前述した第1の実施形態では、図7で説明したように、第2セパレータ5の波状部45の頂部49は、第1セパレータ3の凸面25の裏側に当接することにより、X方向に沿って閉断面の燃料ガス流出通路53が複数形成されている。   In the first embodiment described above, as described with reference to FIG. 7, the top portion 49 of the corrugated portion 45 of the second separator 5 abuts on the back side of the convex surface 25 of the first separator 3, thereby extending along the X direction. A plurality of fuel gas outflow passages 53 having a closed cross section are formed.

しかし、図11に示すように、第2の実施形態では、第2セパレータ105の波状部145の高さが低く形成され、波状部145の頂部149は、第1セパレータ3の凸面25の裏側まで到達していない。底部147の底面は第2セパレータ105の一般面と同じ高さに設定されている。そして、図11に示すように、第1セパレータ3の凸面25と第2セパレータ105の波状部145とによって、一つの閉断面状の燃料ガス流出通路153が画成されている。また、波状部145はY方向に沿って延びており、延在長さはLに設定されている。つまり、延在長さLのいずれの断面も図11に示すように形成されている。   However, as shown in FIG. 11, in the second embodiment, the height of the corrugated portion 145 of the second separator 105 is low, and the top portion 149 of the corrugated portion 145 extends to the back side of the convex surface 25 of the first separator 3. Not reached. The bottom surface of the bottom portion 147 is set to the same height as the general surface of the second separator 105. As shown in FIG. 11, the convex surface 25 of the first separator 3 and the corrugated portion 145 of the second separator 105 define one closed cross-section fuel gas outflow passage 153. Further, the wavy portion 145 extends along the Y direction, and the extending length is set to L. That is, any cross section of the extension length L is formed as shown in FIG.

図12に示すように、第2の実施形態では、第2セパレータ105の波状部145の上面全体に撥水性領域55を形成している。第1セパレータ3の凸面25の裏側は、全体が親水性領域57に形成されている。この撥水性領域55は、波状部145の延在長さLの全長に亘って形成されている。   As shown in FIG. 12, in the second embodiment, the water repellent region 55 is formed on the entire upper surface of the wavy portion 145 of the second separator 105. The entire back surface of the convex surface 25 of the first separator 3 is formed in the hydrophilic region 57. The water repellent region 55 is formed over the entire length L of the undulating portion 145.

以下に、第2の実施形態による作用効果を説明する。   Below, the effect by 2nd Embodiment is demonstrated.

(1)波状部145の頂部149の高さが第1実施形態における波状部45の頂部49よりも低いため、残留水の残存量が少ない場合でも底部147の底面に沿って効率的に残留水を排出することができる。 (1) Since the height of the top portion 149 of the corrugated portion 145 is lower than the top portion 49 of the corrugated portion 45 in the first embodiment, even when the remaining amount of residual water is small, the residual water is efficiently along the bottom surface of the bottom portion 147. Can be discharged.

[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明するが、第1および第2の実施形態と同一構成の部位には、同一符号を付けて説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Parts having the same configurations as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

前述した第1の実施形態では、図7で説明したように、第2セパレータ5の波状部45の頂部49は、第1セパレータ3の凸面25の裏側に当接することにより、X方向に沿って閉断面の燃料ガス流出通路53が複数形成されている。   In the first embodiment described above, as described with reference to FIG. 7, the top portion 49 of the corrugated portion 45 of the second separator 5 abuts on the back side of the convex surface 25 of the first separator 3, thereby extending along the X direction. A plurality of fuel gas outflow passages 53 having a closed cross section are formed.

しかし、図13に示すように、第3の実施形態では、第2セパレータ205では平坦な底面245が形成されている。そして、図13に示すように、第1セパレータ3の凸面25と第2セパレータ205の底面とによって、一つの閉断面状の燃料ガス流出通路253が画成されている。また、底面はY方向に沿って延びており、延在長さはLに設定されている。つまり、延在長さLのいずれの断面も図13に示すように形成されている。   However, as shown in FIG. 13, in the third embodiment, a flat bottom surface 245 is formed in the second separator 205. As shown in FIG. 13, the fuel gas outflow passage 253 having a closed cross section is defined by the convex surface 25 of the first separator 3 and the bottom surface of the second separator 205. The bottom surface extends along the Y direction, and the extension length is set to L. That is, any cross section of the extended length L is formed as shown in FIG.

図14に示すように、第1態様では、第2セパレータ205の底面245にX方向に所定間隔をおいて撥水性領域55と親水性領域57とが交互に配置されている。第1セパレータの凸面の裏側は、全体が撥水性領域55に形成されている。この撥水性領域55は、波状部の延在長さLの全長に亘って形成されている。   As shown in FIG. 14, in the first mode, the water-repellent regions 55 and the hydrophilic regions 57 are alternately arranged on the bottom surface 245 of the second separator 205 at a predetermined interval in the X direction. The entire back side of the convex surface of the first separator is formed in the water-repellent region 55. The water repellent region 55 is formed over the entire length of the undulating portion extending length L.

図15に示すように、第2態様では、第2セパレータ205の底面245にX方向に沿って所定間隔をおいて撥水性領域55と親水性領域57とが交互に配置されている。第1セパレータ3の凸面25の裏側は、全体が親水性領域57に形成されている。この撥水性領域55は、延在長さLの全長に亘って形成されている。   As shown in FIG. 15, in the second mode, the water-repellent regions 55 and the hydrophilic regions 57 are alternately arranged on the bottom surface 245 of the second separator 205 at predetermined intervals along the X direction. The entire back surface of the convex surface 25 of the first separator 3 is formed in the hydrophilic region 57. The water repellent region 55 is formed over the entire length of the extended length L.

以下に、第3の実施形態による作用効果を説明する。   Below, the effect by 3rd Embodiment is demonstrated.

(1)第2セパレータ205の底面245にX方向に所定間隔をおいて撥水性領域55と親水性領域57とが交互に配置されている。このため、燃料ガス流出通路253の延在方向に沿って効率的に残留水を流通させることができる。 (1) The water-repellent regions 55 and the hydrophilic regions 57 are alternately arranged on the bottom surface 245 of the second separator 205 at a predetermined interval in the X direction. For this reason, residual water can be efficiently circulated along the extending direction of the fuel gas outflow passage 253.

[第4の実施形態]
次に、図16,17を用いて、本発明の第4の実施形態について説明するが、第1〜第3の実施形態と同一構成の部位には、同一符号を付けて説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17, and parts having the same configurations as those of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

前述した第1〜第3の実施形態では、第1セパレータ3および第2セパレータ5がそれぞれ水平方向に沿って延びており、第1セパレータ3と第2セパレータ5とが上下方向に積載されている。   In the first to third embodiments described above, the first separator 3 and the second separator 5 extend in the horizontal direction, and the first separator 3 and the second separator 5 are stacked in the vertical direction. .

しかし、第4の実施形態では、図16,17に示すように、第1セパレータ3および第2セパレータ5がそれぞれ上下方向に沿って延びており、第1セパレータ3と第2セパレータ5とが水平方向に配列されている。この場合、第2セパレータ5の波状部45は、上下方向に行くに従って水平方向に起伏する波状に延びており、波状部45は複数形成されている。そして、図16に示す波状部45の上下方向の中央部よりも下側の波状部45のみに撥水性領域55を形成している。即ち、上下方向の中央部よりも下側の波状部45の内面のみに撥水性領域55を形成し、この部位以外は全て親水性領域57に形成する。   However, in the fourth embodiment, as shown in FIGS. 16 and 17, the first separator 3 and the second separator 5 extend in the vertical direction, and the first separator 3 and the second separator 5 are horizontal. Arranged in the direction. In this case, the wavy portion 45 of the second separator 5 extends in a wavy shape that undulates in the horizontal direction as it goes up and down, and a plurality of wavy portions 45 are formed. And the water-repellent area | region 55 is formed only in the wavy part 45 below the center part of the up-down direction of the wavy part 45 shown in FIG. That is, the water-repellent region 55 is formed only on the inner surface of the wavy portion 45 below the central portion in the vertical direction, and all other portions are formed in the hydrophilic region 57.

以下に、第4の実施形態による作用効果を説明する。   Below, the effect by 4th Embodiment is demonstrated.

(1)本実施形態によれば、第1セパレータ3、第2セパレータ5および膜電極接合体1が横方向に並列して燃料電池スタックが形成された場合でも、効率的に残留水を排出させることができる。 (1) According to the present embodiment, even when the first separator 3, the second separator 5, and the membrane electrode assembly 1 are formed in parallel in the lateral direction, the residual water is efficiently discharged. be able to.

ところで、本発明の燃料電池スタックは前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。   By the way, although the fuel cell stack of the present invention has been described by taking the above-described embodiment as an example, the present invention is not limited to this embodiment, and various other embodiments can be adopted without departing from the gist of the present invention.

例えば、前述した実施形態では、撥水性領域連続通路を燃料ガス流出通路53,153,253としたが、別のガス通路を撥水性領域連続通路に設定してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the water repellent region continuous passage is the fuel gas outflow passage 53, 153, 253, but another gas passage may be set as the water repellent region continuous passage.

1 膜電極接合体
3 第1セパレータ
5 第2セパレータ
53 燃料ガス流出通路(ガス通路、撥水性領域連続通路)
9,17,31 燃料ガス用マニホールド(マニホールド)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane electrode assembly 3 1st separator 5 2nd separator 53 Fuel gas outflow passage (gas passage, water-repellent region continuous passage)
9, 17, 31 Fuel gas manifold (manifold)

Claims (4)

膜電極接合体、前記膜電極接合体の表面側に配設される第1セパレータ、および、前記膜電極接合体の裏面側に配設される第2セパレータからなるセルユニットが複数積層されて構成される燃料電池スタックであって、
これらの前記膜電極接合体、第1セパレータおよび第2セパレータ同士の間に形成されてガスが流通可能なガス通路の少なくともいずれかは、
ガス通路の内面に撥水性領域および親水性領域の双方が形成されると共に、この撥水性領域がガス通路の全長に亘って連続して繋がっている撥水性領域連続通路であることを特徴とする燃料電池スタック。
A plurality of cell units comprising a membrane electrode assembly, a first separator disposed on the front surface side of the membrane electrode assembly, and a second separator disposed on the back surface side of the membrane electrode assembly are laminated. A fuel cell stack,
At least one of these membrane electrode assemblies, a gas passage formed between the first separator and the second separator, through which gas can flow,
Both the water-repellent region and the hydrophilic region are formed on the inner surface of the gas passage, and the water-repellent region is a water-repellent region continuous passage continuously connected over the entire length of the gas passage. Fuel cell stack.
請求項1に記載の燃料電池スタックであって、
前記撥水性領域連続通路は、前記セルユニットにおけるマニホールドに連通していることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 1, wherein
The water-repellent region continuous passage communicates with a manifold in the cell unit.
請求項1または2に記載の燃料電池スタックであって、
前記撥水性領域連続通路において、前記撥水性領域は下側に配置され、親水性領域は上側に配置されていることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 1 or 2,
In the water repellent region continuous passage, the water repellent region is disposed on the lower side, and the hydrophilic region is disposed on the upper side.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックであって、
前記撥水性領域連続通路は、複数の閉断面構造に形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3,
The water-repellent region continuous passage is formed in a plurality of closed cross-sectional structures.
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