JP2019067694A - 燃料電池用ガス流路形成板および燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
Description
上記構成によれば、ガス流路形成板の仕切板側の部分(水流路部)を広い範囲に渡って実際に水が流通する流路として機能させることができるため、同ガス流路形成板が設けられた単セルの排水性能を高くすることができる。
上記燃料電池用ガス流路形成板において、前記凸部は等間隔で規則的に並んでおり、前記開口部は、その全てが同一方向に向けて開口していることが好ましい。
上記課題を解決するための燃料電池用ガス流路形成板は、膜電極接合体と仕切板との間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するガス流路形成板であって、前記膜電極接合体側に突出する形状で間隔を置いて並ぶ複数の突条と、前記複数の突条のうちの隣り合う前記突条に挟まれた部分を含む前記ガス流路形成板における前記膜電極接合体側の部分からなるガス流路部と、前記突条の内部を含む前記ガス流路形成板における前記仕切板側の部分からなる水流路部と、前記突条の側壁に形成されて同突条の内外を連通する複数の開口部と、を有し、前記複数の開口部は、前記突条の延設方向において互いに間隔を置いた位置に形成されている。
上記構成によれば、ガス流路における突条の両側に圧力差が生じた場合に、その圧力差によって突条の内部をガスが通過することのない構造にすることができる。したがって、ガス流路内においてガスを適正に拡散させることができる。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池スタックは、複数の単セル10が積層された構造をなしており、固体高分子型燃料電池に内蔵されている。複数の単セル10は、いずれも四角枠状をなす第1フレーム11および第2フレーム12を備えており、これらフレーム11,12によって四角シート状をなす周知の膜電極接合体13の外縁部分が挟持されている。膜電極接合体13は、固体高分子電解質膜14と、この固体高分子電解質膜14を間に挟む形状の一対の電極触媒層15,16と、それら電極触媒層15,16の外面を覆う形状の一対のガス拡散層17,18とを有する多層構造をなしている。
図2(a)、図2(b)、図2(c)および図2(d)に示すように、ガス流路形成板22は、ステンレス鋼板などの一枚の金属板材をロール成形することによって形成されている。
中振部25は、その波形状の延伸方向Lにおいて、傾斜の度合いの小さい緩傾斜部251と傾斜の度合いの大きい急傾斜部252とが交互に並んだ構造になっている。中振部25の急傾斜部252の上記延伸方向Lにおける位置は大振部24の凸部分241と同一の位置になっており、中振部25の緩傾斜部251の上記延伸方向Lにおける位置は大振部24の凹部分242と同一の位置になっている。
図2(b)、図2(c)、図3(b)および図4(b)に示すように、ガス流路形成板22のフラットセパレータ21側の部分には、隣り合う二つの小振部23によって挟まれた部分に、凹溝状の水流路部28が形成される。詳しくは、水流路部28は、隣り合う小振部23の各側壁とそれら小振部23を繋ぐ部分(大振部24および中振部25)とによって仕切られた部分(凸部26の内部を含む)であり、主に、膜電極接合体13での発電に伴って生成された水を排出するための通路として機能する。
図1の下側の単セル10に示すように、燃料ガスが供給通路51を通じてガス流路部37内に供給されると、同燃料ガスはガス流路部37を通じてガス拡散層18に流入する。そして、燃料ガスはガス拡散層18を通過するとともに拡散されて電極触媒層16に供給される。一方、酸化剤ガスが供給通路41を通じてガス流路部27内に供給されると、同酸化剤ガスはガス流路部27を通じてガス拡散層17に流入する。そして、酸化剤ガスはガス拡散層17を通過するとともに拡散されて電極触媒層15に供給される。このようにして膜電極接合体13に対して燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、膜電極接合体13での電気化学反応によって発電が行なわれる。こうした膜電極接合体13での発電に際して、カソード側のガス拡散層17の内部(詳しくは、電極触媒層15との界面およびその近傍)では水が生成される。
図5(a)に示すように、本実施形態の単セルでは、ガス流路部27における凸部26の両側に圧力差(P1>P2)を生じさせることにより、ガス流路部27内の酸化剤ガスの一部が、凸部26の突端に向かうように、同凸部26の一方の側方部分(図5(a)の左側部分)から他方の側方部分(図5(a)の右側部分)に流れるようになる。これにより、ガス流路部27内の酸化剤ガスが膜電極接合体13に向けて拡散するようになっている。
(1)開口部29,39を一つの凸部26,36に一つのみ設けるようにした。そのため、ガス流路部27,37内においてガス(燃料ガスまたは酸化剤ガス)を適正に拡散させることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・ガス流路形成板22における凸部26の配置態様やガス流路形成板32における凸部36の配置態様は任意に変更することができる。
図6に示すガス流路形成板62では、前記波形状の延伸方向Lにおいては、一方(図6の左側)の側壁に開口部69が設けられた凸部661と他方(図6の左側)の側壁に開口部69が設けられた凸部662とが交互に並ぶように配置されている。また、このガス流路形成板62では、上記延伸方向Lと直交する方向(直交方向)においては、同一方向の側壁に開口部69が設けられた凸部661(または凸部662)が並んでいる。
図10に示すガス流路形成板102では、上記延伸方向Lにおいては、同延伸方向Lにおける一方(図10の下側)の壁部に開口部109が設けられた凸部1061と他方(図10の上側)の壁部に開口部109が設けられた凸部1062とが交互に並ぶように配置されている。また、このガス流路形成板102では、上記直交方向においては、同一方向の壁部に開口部109が設けられた凸部1061(または凸部1062)が並んでいる。
・ガス流路形成板の凸部(あるいは突条)に設ける開口部を、一つの貫通孔によって構成することに限らず、複数の孔によって構成するようにしてもよい。具体的には、開口部の開口部分を、メッシュ状の構造にしたり、パンチングメタル状の構造にしたり、壁状(または柱状)の部材によって複数の開口に仕切られた構造にしたりすることができる。
図6に示すガス流路形成板62では、前記波形状の延伸方向Lにおいては、一方(図6の左側)の側壁に開口部69が設けられた凸部661と他方(図6の右側)の側壁に開口部69が設けられた凸部662とが交互に並ぶように配置されている。また、このガス流路形成板62では、上記延伸方向Lと直交する方向(直交方向)においては、同一方向の側壁に開口部69が設けられた凸部661(または凸部662)が並んでいる。
Claims (7)
- 膜電極接合体と仕切板との間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するガス流路形成板であって、
前記膜電極接合体側に突出する形状で第1方向と同第1方向に交差する第2方向とにおいてそれぞれ並ぶように配置された複数の凸部と、
前記複数の凸部のうちの隣り合う前記凸部に挟まれた部分を含む前記ガス流路形成板における前記膜電極接合体側の部分からなるガス流路部と、
前記凸部の内部を含む前記ガス流路形成板における前記仕切板側の部分からなる水流路部と、
前記凸部の側壁に形成されて同凸部の内外を連通する開口部と、を有し、
前記開口部は、一つの前記凸部に対して一箇所のみ設けられている
燃料電池用ガス流路形成板。 - 前記開口部は、前記複数の凸部の全てに設けられている
請求項1に記載の燃料電池用ガス流路形成板。 - 前記開口部は、一つの貫通孔からなる
請求項1または2に記載の燃料電池用ガス流路形成板。 - 前記凸部は等間隔で規則的に並んでおり、
前記開口部は、その全てが同一方向に向けて開口している
請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス流路形成板。 - 膜電極接合体と仕切板との間に介設されて燃料電池の単セルのセパレータを構成するガス流路形成板であって、
前記膜電極接合体側に突出する形状で間隔を置いて並ぶ複数の突条と、
前記複数の突条のうちの隣り合う前記突条に挟まれた部分を含む前記ガス流路形成板における前記膜電極接合体側の部分からなるガス流路部と、
前記突条の内部を含む前記ガス流路形成板における前記仕切板側の部分からなる水流路部と、
前記突条の側壁に形成されて同突条の内外を連通する複数の開口部と、を有し、
前記複数の開口部は、前記突条の延設方向において互いに間隔を置いた位置に形成されている
燃料電池用ガス流路形成板。 - 前記複数の開口部は、前記突条の両側壁のうちの一方のみに形成される
請求項5に記載の燃料電池用ガス流路形成板。 - 複数の単セルが積層されてなる燃料電池スタックであって、
前記単セルは、膜電極接合体と同膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを備え、
前記一対のセパレータの少なくとも一方は、仕切板と、同仕切板および前記膜電極接合体の間に介設された請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス流路形成板と、を備える燃料電池スタック。
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