JP2019125531A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

To inhibit liquid water from connecting cathode separators of adjacent unit cells.SOLUTION: A fuel cell is composed of a plurality of stacked unit cells 150, each of which comprises a MEA 10, a frame member 40 disposed so as to surround the outer periphery of the MEA, and a pair of separators holding the MEA and the frame member 40 therebetween. A cathode separator 18c of a pair of separators in a unit cell has a plurality of oxidant gas flow channels 22 through which oxidant gas flows, between the MEA and the cathode separator. Exits 22b of the plurality of oxidant gas flow channels are open to the outside of the fuel cell. The frame member includes: an extension part 42 that protrudes from the cathode separator on the side of the exits of the plurality of oxidant gas flow channels and extends from the cathode separator to the outside in a direction in which the exits of the plurality of oxidant gas flow channels are aligned; and a projection part 44 that is provided on the extension part, is separated from the exits of the plurality of oxidant gas flow channels, and projects upwards in the gravity direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

膜電極接合体の外周を囲んでフレーム部材が配置され、膜電極接合体とフレーム部材を一対のセパレータで挟持した燃料電池が知られている。このような燃料電池において、燃料ガスの漏れを抑制するために、カソードセパレータとフレーム部材の間に、カソードセパレータの凹凸の延在方向に延び且つ凹凸を横断する方向に延びた細長片を有する金属フレームを設けることが知られている(例えば、特許文献1)。   There is known a fuel cell in which a frame member is disposed so as to surround the outer periphery of the membrane electrode assembly, and the membrane electrode assembly and the frame member are sandwiched by a pair of separators. In such a fuel cell, a metal having a strip extending in the extending direction of the asperities of the cathode separator and extending in the direction crossing the asperities between the cathode separator and the frame member in order to suppress the fuel gas leakage. It is known to provide a frame (eg, Patent Document 1).

特表2014−526788号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-526788

特許文献1に記載の燃料電池では、カソードセパレータに設けた凹凸によって酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成されている。カソードセパレータに形成された酸化剤ガス流路の出入口は、燃料電池の外部に開放されている。このため、酸化剤ガス流路の出口が鉛直下方向から傾いている場合、酸化剤ガス流路から排出される液水が隣の単セルに向かって流れ落ち、隣接する単セルのカソードセパレータ間が液水で繋がって短絡することがある。   In the fuel cell described in Patent Document 1, the oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows is formed by the unevenness provided on the cathode separator. The inlet and the outlet of the oxidant gas channel formed in the cathode separator are open to the outside of the fuel cell. For this reason, when the outlet of the oxidant gas flow channel is inclined from the vertically downward direction, the liquid water discharged from the oxidant gas flow channel flows down toward the adjacent single cell, and between the cathode separators of adjacent single cells It may be connected by liquid water and short circuited.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、隣接する単セルのカソードセパレータ間が液水で繋がることを抑制することを目的とする。   This invention is made in view of the said subject, and it aims at suppressing that the cathode separators of an adjacent single cell connect by liquid water.

本発明は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周を囲んで配置されたフレーム部材と、前記膜電極接合体及び前記フレーム部材を挟持する一対のセパレータと、を備える単セルが複数積層された燃料電池であって、前記単セルの前記一対のセパレータのうちのカソードセパレータは、前記膜電極接合体との間に酸化剤ガスが流れる複数の酸化剤ガス流路を有し、前記複数の酸化剤ガス流路の出口は、前記燃料電池の外部に開放されていて、前記フレーム部材は、前記複数の酸化剤ガス流路の出口側で前記カソードセパレータよりも突出し且つ前記複数の酸化剤ガス流路の出口が並んだ方向で前記カソードセパレータよりも外側に延在した延在部と、前記延在部に設けられ、前記複数の酸化剤ガス流路の出口から離れ且つ重力方向上側に突起した突起部と、を含む、燃料電池である。   The present invention has a plurality of unit cells each including a membrane electrode assembly, a frame member disposed around the outer periphery of the membrane electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly and the frame member. The cathode separator of the pair of separators of the unit cell has a plurality of oxidant gas flow paths, through which an oxidant gas flows, with the membrane electrode assembly. The outlets of the plurality of oxidant gas flow channels are open to the outside of the fuel cell, and the frame member protrudes from the cathode separator on the outlet side of the plurality of oxidant gas flow channels and the plurality of oxidations An extending portion extending outside the cathode separator in a direction in which the outlets of the agent gas flow paths are aligned, and provided in the extending portion, away from the outlets of the plurality of oxidant gas flow paths and upper in the gravity direction Stump Including by the projection portions, and a fuel cell.

本発明によれば、隣接する単セルのカソードセパレータ間が液水で繋がることを抑制できる。   According to the present invention, it can be suppressed that the cathode separators of adjacent single cells are connected by liquid water.

図1は、実施例1に係る燃料電池を構成する単セルの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a unit cell constituting a fuel cell according to a first embodiment. 図2は、実施例1に係る燃料電池の一部の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a part of the fuel cell according to the first embodiment. 図3は、実施例2に係る燃料電池の一部の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a part of a fuel cell according to a second embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例1の燃料電池は、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池であり、単セルを複数積層したスタック構造を有する。図1は、実施例1に係る燃料電池を構成する単セルの分解斜視図である。なお、図1では、後述する壁部50の図示を省略している。   The fuel cell of Example 1 is a polymer electrolyte fuel cell that receives power from a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) as a reaction gas to generate power, and has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. Have. FIG. 1 is an exploded perspective view of a unit cell constituting a fuel cell according to a first embodiment. In addition, illustration of the wall part 50 mentioned later is abbreviate | omitted in FIG.

図1のように、実施例1の単セル150は、カソードセパレータ18c、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)20、フレーム部材40、及びアノードセパレータ18aを備える。フレーム部材40は、MEGA20の外周を囲んで配置されている。フレーム部材40は、例えばエポキシ樹脂又はフェノール樹脂などの樹脂で形成されている。カソードセパレータ18cはMEGA20及びフレーム部材40の一方の面に配置され、アノードセパレータ18aはMEGA20及びフレーム部材40の他方の面に配置されている。したがって、MEGA20及びフレーム部材40は、カソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aによって挟持されている。   As shown in FIG. 1, the unit cell 150 of Example 1 includes a cathode separator 18c, a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) 20, a frame member 40, and an anode separator 18a. The frame member 40 is disposed around the periphery of the MEGA 20. The frame member 40 is formed of, for example, a resin such as an epoxy resin or a phenol resin. The cathode separator 18 c is disposed on one side of the MEGA 20 and the frame member 40, and the anode separator 18 a is disposed on the other side of the MEGA 20 and the frame member 40. Therefore, the MEGA 20 and the frame member 40 are sandwiched by the cathode separator 18c and the anode separator 18a.

MEGA20は、電解質膜12、カソード触媒層14c、アノード触媒層14a、カソードガス拡散層16c、及びアノードガス拡散層16aを備える。カソード触媒層14cは電解質膜12の一方の面に設けられ、アノード触媒層14aは電解質膜12の他方の面に設けられている。これにより、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)10が形成されている。電解質膜12は、例えばスルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。カソード触媒層14c及びアノード触媒層14aは、例えば電気化学反応を進行する触媒(白金又は白金−コバルト合金など)を担持したカーボン粒子(カーボンブラックなど)と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。   The MEGA 20 includes an electrolyte membrane 12, a cathode catalyst layer 14c, an anode catalyst layer 14a, a cathode gas diffusion layer 16c, and an anode gas diffusion layer 16a. The cathode catalyst layer 14 c is provided on one side of the electrolyte membrane 12, and the anode catalyst layer 14 a is provided on the other side of the electrolyte membrane 12. Thereby, a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) 10 is formed. The electrolyte membrane 12 is, for example, a fluorine-based resin material having a sulfonic acid group or a solid polymer membrane formed of a hydrocarbon-based resin material, and has good proton conductivity in a wet state. The cathode catalyst layer 14c and the anode catalyst layer 14a are, for example, carbon particles (such as carbon black) carrying a catalyst (such as platinum or platinum-cobalt alloy) that promotes an electrochemical reaction, and a solid polymer having a sulfonic acid group. And an ionomer having good proton conductivity in the wet state.

カソードガス拡散層16cとアノードガス拡散層16aは、MEA10の両側に設けられ、MEA10を挟持している。カソードガス拡散層16c及びアノードガス拡散層16aは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成されていて、例えばカーボンクロス又はカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材によって形成されている。   The cathode gas diffusion layer 16 c and the anode gas diffusion layer 16 a are provided on both sides of the MEA 10 and sandwich the MEA 10. The cathode gas diffusion layer 16 c and the anode gas diffusion layer 16 a are formed of a member having gas permeability and electron conductivity, and are formed of, for example, a porous carbon member such as carbon cloth or carbon paper.

カソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成されている。カソードセパレータ18cは、例えばプレス成型による曲げ加工によって凹凸形状が形成されたステンレス鋼、アルミニウム、又はチタンなどの金属部材によって形成されている。アノードセパレータ18aは、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンなどのカーボン部材又はステンレス鋼、アルミニウム、又はチタンなどの金属部材によって形成されている。   The cathode separator 18c and the anode separator 18a are formed of members having a gas barrier property and an electron conductivity. The cathode separator 18c is formed of, for example, a metal member such as stainless steel, aluminum, or titanium in which a concavo-convex shape is formed by bending by press molding. The anode separator 18a is formed of, for example, a carbon member such as dense carbon or the like which is compressed by carbon and made gas impermeable, or a metal member such as stainless steel, aluminum, or titanium.

カソードセパレータ18cの両側に配置された周縁部材70に孔c1及びc2が設けられ、フレーム部材40に孔s1及びs2が設けられ、アノードセパレータ18aに孔a1及びa2が設けられている。孔c1と孔s1と孔a1は連通し、水素を供給する供給マニホールドを画定する。孔c2と孔s2と孔a2は連通し、水素を排出する排出マニホールドを画定する。アノードセパレータ18aのMEGA20側の面には、供給マニホールドから排出マニホールドに向かって延在し、MEGA20に供給される水素が流れる複数の燃料ガス流路26が設けられている。なお、周縁部材70は、例えば熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの絶縁部材で形成されている。   Holes c1 and c2 are provided in peripheral members 70 disposed on both sides of cathode separator 18c, holes s1 and s2 are provided in frame member 40, and holes a1 and a2 are provided in anode separator 18a. The holes c1, s1 and a1 are in communication and define a supply manifold for supplying hydrogen. The holes c2, s2, and a2 communicate with each other to define an exhaust manifold for exhausting hydrogen. A plurality of fuel gas flow paths 26 extending from the supply manifold to the discharge manifold and through which hydrogen supplied to the MEGA 20 flows are provided on the surface of the anode separator 18 a on the MEGA 20 side. The peripheral member 70 is formed of, for example, an insulating member such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin.

カソードセパレータ18cは、厚み方向の凹凸形状を有し、それぞれ空気が流れる複数の酸化剤ガス流路22及び複数の冷媒流路24が設けられている。酸化剤ガス流路22と冷媒流路24は、カソードセパレータ18cの一端から他端に向かって直線状に延在し、互いに隣り合って配置されている。酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24を流れる空気は、カソードセパレータ18cの一端側である空気供給口から他端側である空気排出口に向かって流れる。   The cathode separator 18c has a concavo-convex shape in the thickness direction, and a plurality of oxidant gas channels 22 and a plurality of refrigerant channels 24 through which air flows are provided. The oxidant gas flow path 22 and the refrigerant flow path 24 extend linearly from one end of the cathode separator 18c toward the other end, and are disposed adjacent to each other. The air flowing through the oxidant gas flow path 22 and the refrigerant flow path 24 flows from the air supply port which is one end side of the cathode separator 18c toward the air discharge port which is the other end side.

酸化剤ガス流路22は、カソードセパレータ18cのMEGA20側の面に設けられてMEGA20側に開口した凹部30によって形成されている。したがって、酸化剤ガス流路22を流れる空気は、MEGA20に供給されて発電に用いられる。冷媒流路24は、カソードセパレータ18cのMEGA20とは反対側の面に設けられてMEGA20とは反対側に開口した凹部32によって形成されている。したがって、冷媒流路24を流れる空気は、MEGA20の冷却に用いられる。このように、実施例1の燃料電池は、冷却に空気を用いた空冷式の燃料電池である。   The oxidant gas channel 22 is formed by a recess 30 provided on the surface of the cathode separator 18c on the MEGA 20 side and opened on the MEGA 20 side. Therefore, the air flowing through the oxidant gas flow path 22 is supplied to the MEGA 20 and used for power generation. The coolant channel 24 is formed by a recess 32 provided on the surface of the cathode separator 18 c opposite to the MEGA 20 and opened on the opposite side of the MEGA 20. Therefore, the air flowing through the refrigerant flow path 24 is used to cool the MEGA 20. As described above, the fuel cell of Example 1 is an air-cooled fuel cell using air for cooling.

MEGA20とカソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aとは、例えば鉛直方向に積層されている。したがって、酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24は、鉛直方向に交差する方向(例えば鉛直方向に直交する方向)に延在している。よって、酸化剤ガス流路22の入口22a及び出口22b、並びに、冷媒流路24の入口24a及び出口24bは、鉛直方向から傾いて(例えば鉛直方向に対して垂直に)配置されている。また、酸化剤ガス流路22の入口22a及び出口22b、並びに、冷媒流路24の入口24a及び出口24bは、燃料電池の外部に他の部材を介することなく直接開放されている。なお、酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24が鉛直方向に交差する方向に延在していれば、MEGA20とカソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aとは鉛直方向から傾いて積層されていてもよい。   The MEGA 20, the cathode separator 18c, and the anode separator 18a are stacked, for example, in the vertical direction. Therefore, the oxidant gas flow passage 22 and the refrigerant flow passage 24 extend in a direction intersecting the vertical direction (for example, a direction perpendicular to the vertical direction). Therefore, the inlet 22 a and the outlet 22 b of the oxidant gas flow channel 22 and the inlet 24 a and the outlet 24 b of the refrigerant flow channel 24 are arranged to be inclined from the vertical direction (for example, perpendicular to the vertical direction). Further, the inlet 22 a and the outlet 22 b of the oxidant gas flow channel 22 and the inlet 24 a and the outlet 24 b of the refrigerant flow channel 24 are directly opened to the outside of the fuel cell without other members. Note that the MEGA 20, the cathode separator 18c, and the anode separator 18a may be stacked obliquely from the vertical direction as long as the oxidant gas flow channel 22 and the refrigerant flow channel 24 extend in the direction intersecting the vertical direction. .

ここで、図1に加えて、図2を用いて、フレーム部材40について説明する。図2は、実施例1に係る燃料電池100の一部の斜視図である。図1及び図2のように、フレーム部材40は、酸化剤ガス流路22の出口22b側及び冷媒流路24の出口24b側でカソードセパレータ18cよりも突出した延在部42を有する。ここで、MEGA20とカソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aとが積層された方向を第1方向、複数の酸化剤ガス流路22の出口22b及び複数の冷媒流路24の出口24bが並んだ方向を第2方向、第1方向及び第2方向に交差する方向を第3方向とする。延在部42は、第3方向でカソードセパレータ18cよりも外側に突出し、且つ、第2方向でカソードセパレータ18cよりも外側に延在している。   Here, the frame member 40 will be described using FIG. 2 in addition to FIG. FIG. 2 is a perspective view of a part of the fuel cell 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the frame member 40 has an extending portion 42 projecting further than the cathode separator 18 c on the outlet 22 b side of the oxidant gas flow channel 22 and the outlet 24 b side of the refrigerant flow channel 24. Here, the direction in which the MEGA 20, the cathode separator 18c and the anode separator 18a are stacked is referred to as a first direction, and the direction in which the outlets 22b of the oxidant gas channels 22 and the outlets 24b of the refrigerant channels 24 are aligned is A direction intersecting the two directions, the first direction, and the second direction is taken as a third direction. The extending portion 42 protrudes outward beyond the cathode separator 18c in the third direction, and extends outward beyond the cathode separator 18c in the second direction.

延在部42に突起部44が設けられている。突起部44は、酸化剤ガス流路22の出口22bから離れ且つ酸化剤ガス流路22の出口22bに対向して第2方向に延びている。突起部44は、例えば延在部42のカソードセパレータ18c側とは反対側の端部に設けられている。突起部44は、重力方向上側に向かって突起している。なお、重力方向上側に向かって突起しているとは、重力と正反対の方向に向かって突起している場合に限られず、重力と正反対の方向から傾いて突起している場合も含む。突起部44の高さは、酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24を流れる空気の圧力損失の増大を抑える点から、酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24の高さの1/5以下である場合が好ましく、1/10以下である場合がより好ましく、1/20以下である場合が更に好ましい。   The protrusion 44 is provided in the extension portion 42. The protrusion 44 extends in the second direction away from the outlet 22 b of the oxidant gas flow channel 22 and facing the outlet 22 b of the oxidant gas flow channel 22. The protrusion 44 is provided, for example, at the end of the extension 42 opposite to the cathode separator 18 c. The protrusion 44 protrudes upward in the direction of gravity. Protruding upward in the direction of gravity is not limited to projecting in the direction opposite to gravity, but also includes projecting in the direction opposite to gravity. The height of the protrusion 44 is 1⁄5 of the height of the oxidant gas flow passage 22 and the refrigerant flow passage 24 in terms of suppressing an increase in pressure loss of air flowing through the oxidant gas flow passage 22 and the refrigerant flow passage 24. The case below is preferable, the case below 1/10 is more preferable, and the case below 1/20 is further preferable.

フレーム部材40が延在部42と突起部44を含むことで、酸化剤ガス流路22の出口22bが鉛直下方向から傾いて配置されている場合、図2の黒矢印のように、酸化剤ガス流路22から排出される生成水などの液水は、延在部42を第2方向に向かって流れるようになる。延在部42は第2方向でカソードセパレータ18cの外側にまで延在しているため、延在部42を流れた液水はカソードセパレータ18cが設けられていない領域で鉛直下方向に流れ落ちるようになる。   When the frame member 40 includes the extending portion 42 and the protrusion 44, when the outlet 22b of the oxidant gas flow channel 22 is arranged to be inclined from the vertically downward direction, as shown by the black arrow in FIG. Liquid water such as product water discharged from the gas flow path 22 flows in the extension portion 42 in the second direction. Since the extending portion 42 extends to the outside of the cathode separator 18c in the second direction, the liquid water flowing through the extending portion 42 flows down in the vertical downward direction in the region where the cathode separator 18c is not provided. Become.

例えば、フレーム部材40が延在部42を有さない場合、酸化剤ガス流路22から排出される液水は、酸化剤ガス流路22の出口22bからそのまま鉛直下方向に流れ落ちるようになる。この場合において、酸化剤ガス流路22の出口22bが鉛直下方向から傾いて配置されていると、隣接する単セル150のカソードセパレータ18c間が酸化剤ガス流路22から排出される液水で繋がって短絡することがある。隣接する単セル150のカソードセパレータ18c間が短絡すると電食が発生する恐れがある。   For example, when the frame member 40 does not have the extension portion 42, the liquid water discharged from the oxidant gas flow passage 22 flows from the outlet 22b of the oxidant gas flow passage 22 as it flows vertically downward. In this case, when the outlet 22b of the oxidant gas flow passage 22 is arranged to be inclined from the vertically downward direction, the space between the cathode separators 18c of adjacent unit cells 150 is the liquid water discharged from the oxidant gas flow passage 22. May be connected and short circuited. Shorting between the cathode separators 18c of adjacent unit cells 150 may cause electrolytic corrosion.

一方、実施例1によれば、図1及び図2のように、フレーム部材40は、酸化剤ガス流路22の出口22b側でカソードセパレータ18cよりも突出し且つ複数の酸化剤ガス流路22の出口22bが並んだ第2方向でカソードセパレータ18cよりも外側に延在した延在部42を含む。延在部42には、酸化剤ガス流路22の出口22bから離れ且つ重力方向上側に突起した突起部44が第2方向に延びて設けられている。これにより、酸化剤ガス流路22の出口22bが鉛直下方向から傾いて配置されている場合、酸化剤ガス流路22から排出される液水は、延在部42を介して、カソードセパレータ18cが設けられていない領域で鉛直下方向に流れ落ちるようになる。よって、隣接する単セル150のカソードセパレータ18c間が液水で繋がることを抑制できる。   On the other hand, according to the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the frame member 40 protrudes from the cathode separator 18 c on the outlet 22 b side of the oxidant gas channel 22 and has a plurality of oxidant gas channels 22. It includes an extending portion 42 extending outward beyond the cathode separator 18c in the second direction in which the outlets 22b are aligned. In the extension portion 42, a protrusion 44 which is separated from the outlet 22b of the oxidant gas flow channel 22 and which protrudes upward in the direction of gravity is provided to extend in the second direction. Thereby, when the outlet 22b of the oxidant gas flow passage 22 is disposed to be inclined from the vertically downward direction, the liquid water discharged from the oxidant gas flow passage 22 passes the cathode separator 18c through the extension portion 42. Will flow down vertically in the area where is not provided. Therefore, it can suppress that the cathode separators 18c of adjacent single cells 150 are connected by liquid water.

図2のように、延在部42よりも第2方向で外側に、延在部42と離間した壁部50が第1方向に延在して設けられていてもよい。壁部50は、例えば樹脂などの絶縁部材で形成されている。壁部50が設けられることで、延在部42を流れる液水が延在部42から鉛直下方向に流れ落ちる際に広範囲に広がることを抑制できる。   As shown in FIG. 2, a wall 50 separated from the extending portion 42 may be provided to extend in the first direction outside the extending portion 42 in the second direction. The wall portion 50 is formed of, for example, an insulating member such as a resin. By providing the wall portion 50, it is possible to suppress wide spread of the liquid water flowing through the extension portion 42 when it flows down from the extension portion 42 in the vertically downward direction.

図3は、実施例2に係る燃料電池の一部の斜視図である。図3のように、実施例2の燃料電池200では、フレーム部材40の延在部42は、カソードセパレータ18c側から突起部44側に向かうに従い、MEGA20及びフレーム部材40を挟持する一対のセパレータであるカソードセパレータ18c側からアノードセパレータ18a側に向かって傾斜している。また、延在部42は、第2方向においてカソードセパレータ18cの中央側からカソードセパレータ18cの外側に向かうに従い、MEGA20及びフレーム部材40を挟持する一対のセパレータであるカソードセパレータ18c側から他方のアノードセパレータ18a側に向かって傾斜している。その他の構成は、実施例1と同じであるため説明を省略する。   FIG. 3 is a perspective view of a part of a fuel cell according to a second embodiment. As shown in FIG. 3, in the fuel cell 200 of the second embodiment, the extending portion 42 of the frame member 40 is a pair of separators which sandwich the MEGA 20 and the frame member 40 as it goes from the cathode separator 18c to the protrusion 44 side. It inclines toward the anode separator 18a side from the certain cathode separator 18c side. In addition, the extension portion 42 is a pair of separators that sandwich the MEGA 20 and the frame member 40 from the center side of the cathode separator 18c in the second direction toward the outside of the cathode separator 18c, and the other anode separator from the cathode separator 18c side. It is inclined toward the 18a side. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and hence the description is omitted.

実施例2によれば、延在部42は、カソードセパレータ18c側から突起部44側に向かうに従い、MEGA20及びフレーム部材40を挟持する一対のセパレータであるカソードセパレータ18c側からアノードセパレータ18a側に向かって傾斜している。これにより、MEGA20とカソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aとが鉛直方向に積層されている場合に、延在部42をカソードセパレータ18c側から突起部44側に向かって重力方向下側に傾斜させることができる。よって、酸化剤ガス流路22から排出される液水を突起部44側にスムーズに流すことができる。これにより、酸化剤ガス流路22から排出される液水は、延在部42に滞留することが抑制されて、延在部42をカソードセパレータ18cの外側に向かって流れるようになる。   According to the second embodiment, the extending portion 42 moves from the side of the cathode separator 18c, which is a pair of separators sandwiching the MEGA 20 and the frame member 40, to the side of the anode separator 18a as going from the cathode separator 18c to the protrusion 44 side. It is inclined. Thus, when the MEGA 20, the cathode separator 18c, and the anode separator 18a are stacked in the vertical direction, the extending portion 42 can be inclined downward in the direction of gravity from the cathode separator 18c to the protrusion 44. it can. Therefore, the liquid water discharged from the oxidant gas flow path 22 can be smoothly flowed to the protrusion 44 side. As a result, the liquid water discharged from the oxidant gas flow path 22 is suppressed from staying in the extension portion 42, and flows toward the outside of the cathode separator 18c through the extension portion 42.

また、実施例2によれば、延在部42は、第2方向においてカソードセパレータ18cの中央側からカソードセパレータ18cの外側に向かうに従い、MEGA20及びフレーム部材40を挟持する一対のセパレータであるカソードセパレータ18c側から他方のアノードセパレータ18a側に向かって傾斜している。これにより、MEGA20とカソードセパレータ18c及びアノードセパレータ18aとが鉛直方向に積層されている場合に、延在部42をカソードセパレータ18cの中央側からカソードセパレータ18cの外側に向かって重力方向下側に傾斜させることができる。よって、酸化剤ガス流路22から排出される液水をカソードセパレータ18cの外側に向かってスムーズに流すことができる。   Further, according to the second embodiment, the extension part 42 is a cathode separator which is a pair of separators which sandwich the MEGA 20 and the frame member 40 from the center side of the cathode separator 18c in the second direction toward the outside of the cathode separator 18c. It is inclined from the side 18c to the side of the other anode separator 18a. Thus, when the MEGA 20, the cathode separator 18c and the anode separator 18a are stacked in the vertical direction, the extension portion 42 is inclined downward in the direction of gravity from the center side of the cathode separator 18c to the outside of the cathode separator 18c. It can be done. Therefore, the liquid water discharged from the oxidant gas flow path 22 can smoothly flow toward the outside of the cathode separator 18c.

実施例2において、隣接する単セル150のうちの重力方向で上側に位置する単セル150の延在部42は、重力方向で下側に位置する単セル150のカソードセパレータ18cに重ならないように傾斜している場合が好ましい。言い換えると、隣接する単セル150のうちの重力方向で下側に位置する単セル150の酸化剤ガス流路22の出口22b及び冷媒流路24の出口24bは、重力方向で上側に位置する単セル150の延在部42で覆われないことが好ましい。これにより、重力方向で下側に位置する単セル150の酸化剤ガス流路22及び冷媒流路24を流れる空気の圧力損失の増大を抑えることができる。   In the second embodiment, the extension portion 42 of the unit cell 150 located on the upper side in the gravity direction of the adjacent unit cells 150 does not overlap the cathode separator 18 c of the unit cell 150 located on the lower side in the gravity direction. It is preferable that the case is inclined. In other words, the outlet 22 b of the oxidant gas channel 22 of the unit cell 150 located below in the direction of gravity in the adjacent unit cells 150 and the outlet 24 b of the refrigerant channel 24 are located above in the direction of gravity. It is preferable not to be covered by the extension portion 42 of the cell 150. Thereby, it is possible to suppress an increase in pressure loss of air flowing through the oxidant gas flow path 22 and the refrigerant flow path 24 of the unit cell 150 located on the lower side in the gravity direction.

なお、実施例1及び実施例2では、酸化剤ガス流路22の出口22bが燃料電池の外部に直接大気開放されている場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。酸化剤ガス流路22の出口22bが内部マニホールドに連通せずに燃料電池の外部に開放されていれば、例えば酸化剤ガス流路22の出口22bを覆うように外部排出マニホールドを備えていてもよい。なお、酸化剤ガス流路22の入口22aを覆うように外部供給マニホールドを備えていてもよい。   In the first and second embodiments, the outlet 22b of the oxidant gas flow channel 22 is directly open to the outside of the fuel cell. However, the present invention is not limited to this. If the outlet 22b of the oxidant gas flow passage 22 is open to the outside of the fuel cell without communicating with the internal manifold, for example, an external exhaust manifold may be provided to cover the outlet 22b of the oxidant gas flow passage 22. Good. An external supply manifold may be provided to cover the inlet 22 a of the oxidant gas flow channel 22.

実施例1及び実施例2の燃料電池においては、MEGA20及びフレーム部材40の鉛直方向上側にカソードセパレータ18cが配置されて、MEGA20及びフレーム部材40の鉛直方向下側にアノードセパレータ18aが配置される構成を示したが、これに限定されない。MEGA20及びフレーム部材40の鉛直方向上側にアノードセパレータ18aが配置されて、MEGA20及びフレーム部材40の鉛直方向下側にカソードセパレータ18cが配置されていてもよい。この場合にも、フレーム部材40は、酸化剤ガス流路22の出口22b側でカソードセパレータ18cよりも突出し且つ複数の酸化剤ガス流路22の出口22bが並んだ方向でカソードセパレータ18cよりも外側に延在した延在部42と、延在部42に設けられ、複数の酸化剤ガス流路22の出口22bから離れ且つ重力方向上側に突出した突起部44を備える。この構成によれば、酸化剤ガス流路22の出口22bから排出された液水が鉛直下方向に流れ落ちた場合にも、隣接する単セル150のカソードセパレータ18c間が液水で繋がることを抑制できる。   In the fuel cells of Examples 1 and 2, the cathode separator 18c is disposed vertically above the MEGA 20 and the frame member 40, and the anode separator 18a is disposed vertically below the MEGA 20 and the frame member 40. But is not limited to this. The anode separator 18 a may be disposed vertically above the MEGA 20 and the frame member 40, and the cathode separator 18 c may be disposed vertically below the MEGA 20 and the frame member 40. Also in this case, the frame member 40 protrudes from the cathode separator 18c on the outlet 22b side of the oxidant gas flow passage 22, and is outside the cathode separator 18c in the direction in which the outlets 22b of the plurality of oxidant gas flow passages 22 line up. And a protrusion 44 which is provided in the extension portion 42 and which is provided at the extension portion 42 and which is separated from the outlets 22 b of the plurality of oxidant gas channels 22 and which protrudes upward in the direction of gravity. According to this configuration, even when the liquid water discharged from the outlet 22b of the oxidant gas flow path 22 flows down in the vertically downward direction, the connection between the cathode separators 18c of the adjacent single cells 150 is suppressed by the liquid water it can.

なお、実施例1及び実施例2では、空冷式の燃料電池の場合を例に示したが、水冷式の燃料電池の場合でもよい。   In the first and second embodiments, the case of the air-cooled fuel cell is shown as an example, but the case of the water-cooled fuel cell may be used.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and various modifications may be made within the scope of the subject matter of the present invention described in the claims. Changes are possible.

10 膜電極接合体
12 電解質膜
14a アノード触媒層
14c カソード触媒層
16a アノードガス拡散層
16c カソードガス拡散層
18a アノードセパレータ
18c カソードセパレータ
20 膜電極ガス拡散層接合体
22 酸化剤ガス流路
22a 酸化剤ガス流路の入口
22b 酸化剤ガス流路の出口
24 冷媒流路
24a 冷媒流路の入口
24b 冷媒流路の出口
26 燃料ガス流路
30、32 凹部
40 フレーム部材
42 延在部
44 突起部
50 壁部
70 周縁部材
100 燃料電池
150 単セル
200 燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 membrane electrode assembly 12 electrolyte membrane 14a anode catalyst layer 14c cathode catalyst layer 16a anode gas diffusion layer 16c cathode gas diffusion layer 18a anode separator 18c cathode separator 20 membrane electrode gas diffusion layer assembly 22 oxidant gas flow path 22a oxidant gas flow path Flow path inlet 22b Oxidizer gas flow path outlet 24 Refrigerant flow path 24a Refrigerant flow path inlet 24b Refrigerant flow path outlet 26 Fuel gas flow path 30, 32 recessed portion 40 frame member 42 extended portion 44 protruding portion 50 wall portion 70 rim member 100 fuel cell 150 single cell 200 fuel cell

Claims (1)

膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周を囲んで配置されたフレーム部材と、前記膜電極接合体及び前記フレーム部材を挟持する一対のセパレータと、を備える単セルが複数積層された燃料電池であって、
前記単セルの前記一対のセパレータのうちのカソードセパレータは、前記膜電極接合体との間に酸化剤ガスが流れる複数の酸化剤ガス流路を有し、
前記複数の酸化剤ガス流路の出口は、前記燃料電池の外部に開放されていて、
前記フレーム部材は、前記複数の酸化剤ガス流路の出口側で前記カソードセパレータよりも突出し且つ前記複数の酸化剤ガス流路の出口が並んだ方向で前記カソードセパレータよりも外側に延在した延在部と、前記延在部に設けられ、前記複数の酸化剤ガス流路の出口から離れ且つ重力方向上側に突起した突起部と、を含む、燃料電池。
A fuel in which a plurality of unit cells including a membrane electrode assembly, a frame member disposed surrounding the outer periphery of the membrane electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly and the frame member are stacked. A battery,
The cathode separator of the pair of separators of the single cell has a plurality of oxidant gas flow paths through which an oxidant gas flows between the cathode electrode and the membrane electrode assembly,
The outlets of the plurality of oxidant gas channels are open to the outside of the fuel cell, and
The frame member protrudes from the cathode separator on the outlet side of the plurality of oxidant gas channels, and extends outside the cathode separator in the direction in which the outlets of the plurality of oxidant gas channels are aligned. A fuel cell, comprising: a land portion; and a projection provided in the extension portion and protruding from an outlet of the plurality of oxidant gas flow paths and projecting upward in a gravity direction.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02168565A (en) * 1988-12-21 1990-06-28 Nippon Soken Inc Fuel battery
JP2005302455A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell stack
JP2010192291A (en) * 2009-02-19 2010-09-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
WO2012114681A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-30 パナソニック株式会社 Fuel cell and fuel cell stack comprising same
JP2017199609A (en) * 2016-04-28 2017-11-02 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02168565A (en) * 1988-12-21 1990-06-28 Nippon Soken Inc Fuel battery
JP2005302455A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell stack
JP2010192291A (en) * 2009-02-19 2010-09-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
WO2012114681A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-30 パナソニック株式会社 Fuel cell and fuel cell stack comprising same
JP2017199609A (en) * 2016-04-28 2017-11-02 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

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