JP2022088029A - Separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell.
特許文献1には、燃料電池の一部を構成する燃料電池用セパレータが開示されている。この燃料電池用セパレータには、長手方向の一端部に設けられていてガスが流入する入口マニホールドと、上記長手方向の他端部に設けられていてガスが流出する出口マニホールドとが設けられている。また、燃焼電池用セパレータには、入口マニホールドと出口マニホールドとの間に発電部が設けられている。発電部は、互いに間隔をあけて延びる複数のリブを有しており、各リブによって複数のガス流路が構成されている。入口マニホールドから流入したガスは、入口マニホールドと発電部との間に設けられている入口バッファ部に流れる。入口バッファ部では、流れてきたガスを分散させて発電部の各ガス流路へガスを導入する。また、各ガス流路へ導入されたガスは、発電部と出口マニホールドとの間に設けられている出口バッファ部へ導出される。出口バッファ部では、各ガス流路から導出されたガスが合流する。合流したガスは、出口バッファ部を通じて出口マニホールドへ流動する。 Patent Document 1 discloses a fuel cell separator that constitutes a part of the fuel cell. The fuel cell separator is provided with an inlet manifold provided at one end in the longitudinal direction to allow gas to flow in, and an outlet manifold provided at the other end in the longitudinal direction to allow gas to flow out. .. Further, the fuel cell separator is provided with a power generation unit between the inlet manifold and the outlet manifold. The power generation unit has a plurality of ribs extending at intervals from each other, and each rib constitutes a plurality of gas flow paths. The gas flowing in from the inlet manifold flows to the inlet buffer section provided between the inlet manifold and the power generation section. In the inlet buffer section, the flowing gas is dispersed and gas is introduced into each gas flow path of the power generation section. Further, the gas introduced into each gas flow path is led out to the outlet buffer section provided between the power generation section and the outlet manifold. At the outlet buffer section, the gas derived from each gas flow path merges. The combined gas flows to the outlet manifold through the outlet buffer portion.
燃料電池では、発電に伴い水が生成される、こうした生成水は燃料電池用セパレータの発電部に流れる。発電部では、各ガス流路内を流れるガスによって生成水を出口バッファ部側へ押し流す。これにより、生成水は各リブの終端へ向けて流動する。ところで、出口バッファ部の容積は各ガス流路の流路断面積に比して大きいことから、発電部のガス流路から出口バッファ部にガスが排出される際にガスの流速が大きく低下することがある。この場合、ガスの流れによって生成水を流動させる力が弱くなるため、発電部内の生成水は各リブの終端から出口バッファ部へと排水されずに、各リブの終端に付着して滞留した状態となる。特許文献1に記載の燃料電池用セパレータでは、こうした点については考慮されておらず改善の余地がある。 In a fuel cell, water is generated by power generation, and such generated water flows to the power generation section of the fuel cell separator. In the power generation section, the generated water is pushed toward the outlet buffer section by the gas flowing in each gas flow path. As a result, the generated water flows toward the end of each rib. By the way, since the volume of the outlet buffer portion is large compared to the flow path cross-sectional area of each gas flow path, the flow velocity of the gas greatly decreases when the gas is discharged from the gas flow path of the power generation section to the outlet buffer section. Sometimes. In this case, since the force to flow the generated water is weakened by the gas flow, the generated water in the power generation section is not drained from the end of each rib to the outlet buffer section, but adheres to the end of each rib and stays there. It becomes. In the fuel cell separator described in Patent Document 1, such a point is not taken into consideration and there is room for improvement.
本発明の目的は、生成水の滞留を抑制できる燃料電池用セパレータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a separator for a fuel cell capable of suppressing the retention of generated water.
上記課題を解決するための燃料電池用セパレータは、第1方向における一端部に設けられていてガスが流入する入口マニホールドと、前記第1方向における他端部に設けられていてガスが流出する出口マニホールドと、互いに間隔をあけて延びる複数のリブによって構成された複数のガス流路を有する発電部と、前記入口マニホールドから流入したガスを前記発電部の各ガス流路へ分散させて導入する入口バッファ部と、前記発電部の前記各ガス流路から導出されたガスを合流させて前記出口マニホールドへ流出させる出口バッファ部とを備える燃料電池用セパレータであって、前記出口バッファ部は、前記第1方向に対して傾斜して設けられていて該ガス流路から導出されたガスを前記出口マニホールドへ誘導する傾斜壁を有しており、前記複数のリブにおける前記出口マニホールド側の終端は、前記傾斜壁の傾斜に合わせて配置されている。 Fuel cell separators for solving the above problems are provided at one end in the first direction and an inlet manifold through which gas flows in, and at the other end in the first direction and an outlet through which gas flows out. A power generation unit having a manifold, a power generation unit having a plurality of gas flow paths composed of a plurality of ribs extending at intervals from each other, and an inlet in which gas flowing in from the inlet manifold is dispersed and introduced into each gas flow path of the power generation unit. A fuel cell separator including a buffer unit and an outlet buffer unit that merges gas drawn from each gas flow path of the power generation unit and flows out to the outlet manifold, wherein the outlet buffer unit is the first. It has an inclined wall that is inclined with respect to one direction and guides the gas led out from the gas flow path to the outlet manifold, and the end of the plurality of ribs on the outlet manifold side is the above. It is arranged according to the slope of the sloping wall.
上記構成では、各リブの終端を出口バッファ部の傾斜壁の傾斜に合わせて配置している。そのため、出口バッファ部に傾斜壁が設けられている場合であっても、各リブの終端と傾斜壁との隙間が過度に大きくなることを抑えることができる。これにより、ガス流路から出口バッファ部に導出されたガスに一様の流れを生じさせて、各リブの終端と傾斜壁との間で該傾斜壁に沿ってガスを流動させることができる。このようにガスが各リブの終端に沿って流動することで、各リブの終端に集められた生成水を出口マニホールドへ向けて流すことが可能になる。したがって、上記構成によれば、リブの終端部に付着した生成水を出口マニホールドへ排水しやすくできるため、生成水が滞留することを抑制することが可能になる。 In the above configuration, the end of each rib is arranged according to the inclination of the inclined wall of the outlet buffer portion. Therefore, even when the outlet buffer portion is provided with an inclined wall, it is possible to prevent the gap between the end of each rib and the inclined wall from becoming excessively large. As a result, a uniform flow can be generated in the gas led out from the gas flow path to the outlet buffer portion, and the gas can flow along the inclined wall between the end of each rib and the inclined wall. By flowing the gas along the end of each rib in this way, it becomes possible to flow the generated water collected at the end of each rib toward the outlet manifold. Therefore, according to the above configuration, the generated water adhering to the end portion of the rib can be easily drained to the outlet manifold, and it is possible to suppress the retention of the generated water.
燃料電池用セパレータの一実施形態について、図1~図5を参照して説明する。以下では、まず燃料電池用セパレータが設けられる燃料電池の構成について説明する。
図1に示すように、燃料電池は、複数の発電セル11が積層されたセルスタック10を有している。各発電セル11には、シート状の膜電極ガス拡散層接合体20と、その膜電極ガス拡散層接合体20を厚さ方向に挟む燃料電池用セパレータとしての一対のセパレータ30とが設けられている。
An embodiment of the fuel cell separator will be described with reference to FIGS. 1 to 5. Hereinafter, the configuration of the fuel cell provided with the fuel cell separator will be described first.
As shown in FIG. 1, the fuel cell has a
膜電極ガス拡散層接合体20は、例えば固体高分子膜によって形成された電解質層21を有している。電解質層21は、厚さ方向の一方側にアノード電極層22が接合されており、厚さ方向の他方側にカソード電極層23が接合されている。アノード電極層22は、電解質層21と反対側の面が第1ガス拡散層24によって覆われている。カソード電極層23は、電解質層21と反対側の面が第2ガス拡散層25によって覆われている。これら電解質層21、アノード電極層22、カソード電極層23、第1ガス拡散層24、及び第2ガス拡散層25によって、膜電極ガス拡散層接合体20が構成されている。
The membrane electrode gas
一対のセパレータ30のうち、膜電極ガス拡散層接合体20のアノード電極層22側に位置するセパレータ30を第1セパレータ31といい、膜電極ガス拡散層接合体20のカソード電極層23側に位置するセパレータ30を第2セパレータ90という。膜電極ガス拡散層接合体20に対して、第1セパレータ31の構成と第2セパレータ90の構成とは対称である。そのため、以下では、第1セパレータ31の構成について説明し、第2セパレータ90の構成については共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
Of the pair of
図2に示すように、第1セパレータ31は、長方形の薄板形状に形成されている。第1セパレータ31は、例えばチタン等の金属などによって構成されており、凹凸形状に形成されている。そのため、第1セパレータ31は、本体板部32と、該本体板部32に対して厚さ方向に一段下がった底板部33と、厚さ方向に延びて本体板部32及び底板部33を繋ぐ周壁34とを有している。なお、第1セパレータ31において長辺が延びる長手方向を第1方向とし、短辺が延びる短手方向を第2方向とする。
As shown in FIG. 2, the
第1セパレータ31には、第1方向における一方側に位置する一端部に、水素ガスが流入する第1入口マニホールド50が設けられている。また、第1セパレータ31における一端部には、空気が流入する第2入口マニホールド51と、冷却液が流入する第3入口マニホールド52とが設けられている。第1入口マニホールド50、第2入口マニホールド51、及び第3入口マニホールド52は、第2方向に並んで配置されている。第1入口マニホールド50は、第2方向において一方側に配置されている。
The
第1セパレータ31には、第1方向における他方側に位置する他端部に、水素ガスを流出する第1出口マニホールド60が設けられている。また、第1セパレータ31における他端部には、空気が流出する第2出口マニホールド61と、冷却液が流出する第3出口マニホールド62とが設けられている。第1出口マニホールド60、第2出口マニホールド61、及び第3出口マニホールド62は、第2方向に並んで配置されている。第1出口マニホールド60は、第2方向において他方側に配置されている。
The
第1セパレータ31には、第1入口マニホールド50と第1出口マニホールド60との間に設けられた発電部70が設けられている。発電部70は、底板部33と、該底板部33に設けられた複数のリブ35と、周壁34とによって構成されている。複数のリブ35は、互いに間隔をあけて第1方向に平行に延びている。複数のリブ35によって、発電部70には第1方向に延びる複数のガス流路40が構成されている。
The
第1セパレータ31には、第1入口マニホールド50と発電部70とを繋ぐ入口バッファ部75が設けられている。入口バッファ部75は、底板部33と周壁34とによって構成されている。入口バッファ部75は、第1入口マニホールド50に接続されていて該第1入口マニホールド50と同じ幅で延びる第1導入部76と、第1導入部76と発電部70とを接続する第2導入部77とを有している。第1導入部76には、複数の入口凸部76Aが設けられている。各入口凸部76Aは、底板部33から立設されていて第1方向に平行に延びている。
The
第2導入部77は、発電部70側ほど徐々に空間が拡がる形状に形成されている。そのため、第2導入部77を構成する周壁34は、第1方向に対して傾斜して設けられた第1傾斜壁77Aと第2傾斜壁77Bとを有している。第1傾斜壁77A及び第2傾斜壁77Bは、発電部70を構成している周壁34と繋がっている。第1傾斜壁77Aは、第1方向における他方側ほど第2方向における一方側に位置するように傾斜している。また、第2傾斜壁77Bは、第1方向における他方側ほど第2方向における他方側に位置するように傾斜している。第2傾斜壁77Bは、第1傾斜壁77Aに比して第2方向における長さが長い。第2傾斜壁77Bの第1方向に対する傾斜角度θ2は、第1傾斜壁77Aの第1方向に対する傾斜角度θ1よりも大きい。なお、周壁34は、第2傾斜壁77Bの一端から第2方向に延びる導入壁77Cも有している。入口バッファ部75は、第1入口マニホールド50に流入した水素ガスを第1導入部76及び第2導入部77を順に通過させることで分散させて発電部70の各ガス流路40へ導入する。
The
また、第1セパレータ31には、発電部70と第1出口マニホールド60とを繋ぐ出口バッファ部80が設けられている。出口バッファ部80は、底板部33と周壁34とによって構成されている。出口バッファ部80は、第1出口マニホールド60に接続されていて該第1出口マニホールド60と同じ幅で延びる第1導出部81と、第1導出部81と発電部70とを接続する第2導出部82とを有している。第1導出部81には、複数の出口凸部81Aが設けられている。各出口凸部81Aは、底板部33から立設されていて第1方向に平行に延びている。
Further, the
第2導出部82は、発電部70側ほど徐々に空間が拡がる形状に形成されている。そのため、第2導出部82を構成する周壁34は、第1方向に対して傾斜して設けられた第3傾斜壁82Aと第4傾斜壁82Bとを有している。第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bは、発電部70を構成している周壁34と繋がっている。第3傾斜壁82Aは、第1方向における他方側ほど第2方向における他方側に位置するように傾斜している。また、第4傾斜壁82Bは、第1方向における他方側ほど第2方向における一方側に位置するように傾斜している。第3傾斜壁82Aは、第4傾斜壁82Bに比して第2方向における長さが長い。第3傾斜壁82Aの第1方向に対する傾斜角度θ3は、第4傾斜壁82Bの第1方向に対する傾斜角度θ4よりも大きい。なお、第3傾斜壁82Aの傾斜角度θ3は第2傾斜壁77Bの傾斜角度θ2と同じであり、第4傾斜壁82Bの傾斜角度θ4は第1傾斜壁77Aの傾斜角度θ1と同じである(θ2=θ3>θ1=θ4)。
The second out-
また、周壁34は、第3傾斜壁82Aの一端から第2方向に延びる導出壁82Cも有している。出口バッファ部80は、発電部70の各ガス流路40から導出された水素ガスを、第2導出部82及び第1導出部81の順で通過させることで合流させて第1出口マニホールド60へ流出させる。なお、第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bは、第1方向に対して傾斜して設けられていることから、発電部70におけるガス流路40に対しても傾斜して設けられている。そのため、第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bは、ガス流路40から導出されたガスを第1出口マニホールド60へ誘導する機能を有する。
The
図1に示すように、各発電セル11において、第1セパレータ31は、発電部70に設けられている各リブ35の頂面が膜電極ガス拡散層接合体20の第1ガス拡散層24と接触するように配置されている。これにより、第1セパレータ31のガス流路40を流れる水素ガスは、第1ガス拡散層24を通じてアノード電極層22に導入される。
As shown in FIG. 1, in each
また、第2セパレータ90は、発電部70に設けられている各リブ35の頂面が膜電極ガス拡散層接合体20の第2ガス拡散層25と接触するように配置されている。なお、第2セパレータ90は、第1セパレータ31とは異なり、ガス流路40に空気が流れる。すなわち、第2セパレータ90では、第2入口マニホールド51と第2出口マニホールド61とが、入口バッファ部75、発電部70、及び出口バッファ部80を通じて連通している。第2セパレータ90の各ガス流路40を流れる空気は、第2ガス拡散層25を通じてカソード電極層23に導入される。
Further, the
各発電セル11において、膜電極ガス拡散層接合体20のアノード電極層22に水素ガスが供給されるとともに、膜電極ガス拡散層接合体20のカソード電極層23に空気が供給されると、それら水素ガス及び空気の膜電極ガス拡散層接合体20での反応に基づき発電が行われる。各発電セル11では、発電時に発熱が伴う。そのため、各発電セル11を積層した状態では、一方の発電セル11における第1セパレータ31と他方の発電セル11における第2セパレータ90とを重ねて冷却液が流れる冷却液通路95を形成している。冷却液通路95は、第1セパレータ31と第2セパレータ90との各リブ35によって構成されている。冷却液通路95を流れる冷却液によって各発電セル11の冷却が行われる。
In each
次に、第1セパレータ31に設けられている各リブ35の構成について詳細に説明する。
図2に示すように、複数のリブ35は、第1入口マニホールド50側の先端36が第1方向において同じ位置に配置されている。一方で、複数のリブ35は、第1出口マニホールド60側の終端37の位置が第3傾斜壁82Aの傾斜、及び第4傾斜壁82Bの傾斜に合わせて配置されている。
Next, the configuration of each
As shown in FIG. 2, in the plurality of
すなわち、図2及び図3に示すように、複数のリブ35を、第2方向における一方側から順に第1リブ35A、第2リブ35B、第3リブ35C、第4リブ35D、第5リブ35E、第6リブ35F、第7リブ35G、及び第8リブ35Hとする。第1リブ35Aから第5リブ35Eの終端37は、第1方向において第3傾斜壁82Aに対向している。これら第1リブ35Aから第5リブ35Eでは、第3傾斜壁82Aの傾斜に合わせて第5リブ35E側ほど第1方向における他方側(図3の右側)に位置するように各リブ35の長さが設定されている。
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of
より詳細には、図3に示すように、第2リブ35Bの終端37は第1リブ35Aの終端37よりも第3傾斜壁82A側に位置しているとともに、第2リブ35Bにおける終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離d2は第1リブ35Aにおける終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離d1よりも長い。また、第3リブ35Cの終端37は第2リブ35Bの終端37よりも第3傾斜壁82A側に位置しているとともに、第3リブ35Cにおける終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離d3は第2リブ35Bにおける上記距離d2よりも長い。また、第4リブ35Dの終端37は第3リブ35Cの終端37よりも第3傾斜壁82A側に位置しているとともに、第4リブ35Dにおける終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離d4は第3リブ35Cにおける上記距離d3よりも長い。また、第5リブ35Eの終端37は第4リブ35Dの終端37よりも第3傾斜壁82A側に位置しているとともに、第5リブ35Eにおける終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離d5は上記距離d4よりも長い。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
このように、第3傾斜壁82Aに対向する第1リブ35Aから第5リブ35Eは、それらの終端37が第3傾斜壁82Aの傾斜に合うように、第5リブ35E側ほど徐々に長くなるように設定されている。これにより、第1リブ35Aから第5リブ35Eのうち最も外側に配置されている第1リブ35Aから最も内側に配置されている第5リブ35Eにかけては、各リブ35の終端37が第1方向における他方側に位置するものほど第2方向における他方側に位置するように配置されている。また、本実施形態では、終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離は、第1リブ35Aから第5リブ35Eにいくほど長くなっている(d1<d2<d3<d4<d5)。
In this way, the
なお、図2に示すように、本実施形態では、第1出口マニホールド60の中心Cまでの第2方向における距離が最も短い第7リブ35Gを、各リブ35のうちで最も内側に位置するリブ35とする。そのため、第7リブ35Gを基準として、第2方向における一方側で最も外側に位置するリブ35は第1リブ35Aとなり、第2方向における他方側で最も外側に位置するリブ35は第8リブ35Hとなる。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
また、各リブ35のうち、導出壁82Cに対向している第6リブ35Fと、最も内側に位置する第7リブ35Gとは、それらの長さが第5リブ35Eの長さと同一である。そのため、第1方向において、第5リブ35E、第6リブ35F、及び第7リブ35Gの各終端37の位置は同じであり、導出壁82Cに沿って配置されている。
Further, among the
また、第7リブ35Gよりも外側に位置する第8リブ35Hの終端37は、第4傾斜壁82Bに対向している。第8リブ35Hの終端37は、第7リブ35Gの終端37よりも第1方向における一方側に位置している。すなわち、第7リブ35Gと第8リブ35Hでは、各終端37が第1方向における他方側に位置するものほど第2方向における一方側に位置するように配置されており、第4傾斜壁82Bの傾斜に合わせた配置となっている。なお、第8リブ35Hの長さは、第1リブ35Aの長さと同一である。そのため、第1方向において、第1リブ35A及び第8リブ35Hの各終端37の位置は同じである。
Further, the
このように、複数のリブ35における終端37の位置が傾斜壁の傾斜に合わせて配置されているとは、各リブ35の終端37の位置が傾斜壁に沿って配置されていて各終端37から傾斜壁までの距離が同一となる配置態様のみを示すのではない。すなわち、本実施形態のように各リブ35の終端37から傾斜壁までの距離は各リブ35において異なるものの各終端37の配置が傾斜壁の傾斜方向と同じ傾斜方向を示すような配置態様も含む。本実施形態では、第3傾斜壁82Aに対向する第1リブ35Aから第5リブ35Eでは、第3傾斜壁82Aの傾斜方向と同様に、第1方向における他方側ほど第2方向における他方側に位置するような終端37の配置となっており、第3傾斜壁82Aの傾斜に合わせて第1リブ35Aから第5リブ35Eの終端37が配置されている。
In this way, the position of the
各リブ35のうち第1リブ35A及び第8リブ35Hは、各終端37が発電部70に位置している。また、各リブ35のうち第2リブ35Bから第7リブ35Gは、発電部70から出口バッファ部80に跨がって延びており、各終端37は出口バッファ部80に位置している。
Of the
また、図2に示すように、各リブ35の間隔は、第1リブ35Aから第7リブ35Gにかけて徐々に広くなっており、第7リブ35Gから第8リブ35Hにかけて徐々に狭くなっている。すなわち、周壁34と第1リブ35Aとの第2方向における間隔g1よりも、第1リブ35Aと第2リブ35Bとの第2方向における間隔g2の方が広い。また、第2リブ35Bと第3リブ35Cとの第2方向における間隔g3は、上記間隔g2よりも広い。また、第3リブ35Cと第4リブ35Dとの第2方向における間隔g4は、上記間隔g3よりも広い。また、第4リブ35Dと第5リブ35Eとの第2方向における間隔g5は、上記間隔g4よりも広い。また、第5リブ35Eと第6リブ35Fとの第2方向における間隔g6は、上記間隔g5よりも広い。また、第6リブ35Fと第7リブ35Gとの第2方向における間隔g7は、上記間隔g6よりも広い。
Further, as shown in FIG. 2, the distance between the
一方で、第7リブ35Gと第8リブ35Hとの第2方向における間隔g8は、上記間隔g7よりも狭く、第8リブ35Hと周壁34との第2方向における間隔g9は、上記間隔g8よりも狭い。このように、発電部70に形成されていて平行に延びる複数のガス流路40のうち、第6リブ35Fと第7リブ35Gとによって構成されるガス流路40の流路幅(g7)を基準として外側に位置するガス流路40ほど流路幅が小さくなっている(g1<g2<g3<g4<g5<g6<g7、g9<g8<g7)。そのため、複数のガス流路40のうち、外側に位置するガス流路40の流路幅は、それよりも内側に位置するガス流路40の流路幅よりも狭い。なお、各ガス流路40の幅は、発電部70を流れる水素ガスの圧力損失が等しくなるように設定してもよい。
On the other hand, the distance g8 between the
図4に示すように、各リブ35の終端37を有する終端部38は、先細り形状に形成されている。すなわち、終端部38は四角錐状に形成されており、リブ35の頂面と底板部33とを繋ぐ三角形状の上斜面38A、及びリブ35の側面と上斜面38Aと底板部33とを繋ぐ三角形状の一対の側斜面38Bからなる。終端37は、これら上斜面38A、一対の側斜面38B、及び底板部33の接続点である四角錐の頭頂点に対応している。
As shown in FIG. 4, the
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)図5に実線の矢印で示すように、第1入口マニホールド50に流入した水素ガスは、入口バッファ部75において分散され発電部70の各ガス流路40に導入される。各ガス流路40では、発電に伴い発生した生成水が水素ガスによって出口バッファ部80側へ押し流される。これにより、生成水は各リブ35の終端37へ向けて流動する。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
(1) As shown by the solid arrow in FIG. 5, the hydrogen gas flowing into the
本実施形態では、複数のリブ35における終端37を第3傾斜壁82Aの傾斜または第4傾斜壁82Bの傾斜に合わせて配置している。そのため、出口バッファ部80における第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bと各リブ35の終端37との隙間が過度に大きくなることが抑えられる。これにより、図5に一点鎖線の矢印で示すように、各ガス流路40から出口バッファ部80に導出された水素ガスに第1出口マニホールド60へ向かう一様の流れを生じさせて、各リブ35の終端37と第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bとの間で第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bに沿って水素ガスを流動させることができる。このように水素ガスが各リブ35の終端37に沿って流動することで、各リブ35の終端37に集められた生成水を第1出口マニホールド60へ向けて流すことが可能になる。したがって、リブ35の終端部38に付着した生成水を第1出口マニホールド60へ排水しやすくなるため、生成水が滞留することを抑制することができる。
In the present embodiment, the end 37s of the plurality of
なお、本実施形態のように、各ガス流路40から導出された水素ガスを合流させる出口バッファ部80をセパレータ30に設けていることで、各ガス流路40を第1出口マニホールド60に直接繋げる構成に比して、圧力損失を低減しつつ排水性を向上させることが可能になる。
As in the present embodiment, the
(2)本実施形態では、複数のガス流路40のうち、第6リブ35Fと第7リブ35Gとによって構成されるガス流路40の流路幅(g7)を基準として外側に位置するガス流路40ほど流路幅を徐々に狭くしている。これにより、複数のガス流路40のうち、外側に位置するガス流路40の流路幅をそれよりも内側に位置するガス流路40の流路幅よりも狭くしている。そのため、外側に位置するガス流路40ほど、水素ガスの流速は速くなる。その結果、第1出口マニホールド60から遠い位置にあり、終端37に沿って流れる水素ガスの流量が少ない第1リブ35Aや第8リブ35Hにおいても、終端37に付着した生成水を水素ガスの流れによって第1出口マニホールド60に向けて流すことが可能になる。したがって、生成水の滞留を一層抑制することが可能になる。
(2) In the present embodiment, among the plurality of
(3)本実施形態では、各リブ35における終端37から第3傾斜壁82Aまたは第4傾斜壁82Bまでの距離を、外側に配置されているリブ35よりも内側に配置されているリブ35の方が長くなるようにした。これにより、各リブ35の終端37と第3傾斜壁82Aまたは第4傾斜壁82Bとの間に形成される水素ガスの流路において、第1出口マニホールド60から遠い側ほど流路幅を狭くすることができる。こうした構成によれば、各リブ35の終端37と第3傾斜壁82Aまたは第4傾斜壁82Bとの間に形成される水素ガスの流路において、第1出口マニホールド60から遠い側に位置する第1リブ35Aや第8リブ35Hの終端37付近において、ガスの流速を増大させることが可能になる。したがって、終端37に沿って流れる水素ガスの流量が少なく生成水が滞留しやすい第1リブ35Aや第8リブ35Hなどの外側に位置するリブ35において、生成水の排水を促進することが可能になる。
(3) In the present embodiment, the distance from the
(4)各リブ35において、終端部38を先細り形状とした。そのため、各リブ35に付着した生成水を、水素ガスの流れによって第1出口マニホールド60側へ流動させたときに、生成水が終端部38の終端37に集まりやすくなる。こうして生成水を集めることで、生成水の液滴を大径化して水素ガスが流れた際の排水性を向上させることができる。したがって、リブ35の終端37から第1出口マニホールド60側への生成水の流動を促進することが可能になる。
(4) In each
なお、上記(1)~(4)の作用及び効果と同様の作用及び効果が第2セパレータ90においても得られる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
It should be noted that the same actions and effects as those of the above (1) to (4) can be obtained in the
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・終端部38を四角錐形状に形成して先細り形状としたが、先細り形状はこうした形状に限らない。例えば、三角錐や五角錐などの他の角錐形状であってもよいし、円錐形状であってもよい。また、終端37を底板部33に接続する構成としたが、終端37を底板部33から浮かせた形状としてもよい。なお、終端部38を必ずしも先細り形状とする必要なく、こうした構成を省略してもよい。
-The
・上記実施形態では、第5リブ35E、第6リブ35F、及び第7リブ35Gにおいて、各終端37の位置が第1方向において同じ位置になるようにした。こうした構成は適宜変更が可能である。例えば、第5リブ35Eから第7リブ35Gにかけて徐々に長さを長くすることで、第5リブ35Eから第7リブ35Gにかけて終端37が第1方向における他方側に配置されるようにしてもよい。
-In the above embodiment, in the
・上記実施形態では、第1リブ35Aから第5リブ35Eにかけて各リブ35における終端37から第3傾斜壁82Aまでの距離が長くなるようにした(d1<d2<d3<d4<d5)。こうした構成は適宜変更が可能である。例えば、第2リブ35Bから第5リブ35Eにかけては上記距離を一定とし、第1リブ35Aにおける距離d1のみを第2リブ35Bにおける距離よりも短くする(d1<d2=d3=d4=d5)等してもよい。また、第1リブ35Aから第3リブ35Cにおける上記距離を同一にし、第4リブ35D及び第5リブ35Eにおける上記距離を第1リブ35Aから第3リブ35Cにおける上記距離よりも長くしつつも同じにする(d1=d2=d3<d4=d5)等してもよい。
In the above embodiment, the distance from the
また、こうした構成に変えて、各リブ35における終端37から傾斜壁までの距離を一定にしてもよい(d1=d2=d3=d4=d5)。この場合、各リブ35の終端37は傾斜壁に沿って配置されることとなる。また、各リブ35における終端37から傾斜壁までの距離を、内側に配置されているリブ35よりも外側に配置されているリブ35の方が長くなるようにしてもよい。例えば、第1リブ35Aにおける距離d1を第2リブ35Bにおける距離よりも長くしてもよい(d1>d2)。こうした構成であっても、各リブ35の終端37を傾斜壁の傾斜に合わせて配置すればよい。
Further, instead of such a configuration, the distance from the
・上記実施形態では、各ガス流路40の各々の流路幅を、第1方向において一定となるようにした。こうした構成に変えて、各ガス流路40の各々の流路幅が終端部38側において部分的に狭くなるようにしてもよい。こうした構成であっても、上記実施形態のように、外側に位置するガス流路40において部分的に狭くなっている終端部38側の流路幅を、それよりも内側に位置するガス流路40において部分的に狭くなっている終端部38側の流路幅よりも狭くすることが望ましい。
-In the above embodiment, the width of each of the
・上記実施形態では、複数のガス流路40において外側に位置するガス流路40ほど徐々に流路幅が小さくするようにした。こうした構成は適宜変更が可能である。例えば、外側に位置するガス流路40と内側に位置するガス流路40との流路幅を同じにしてもよいし、外側に位置するガス流路40の流路幅をそれよりも内側に位置するガス流路40の流路幅よりも広くするようにしてもよい。
-In the above embodiment, the width of the
・上記実施形態では、リブ35を8つ設けた例を示したが、リブ35の数は適宜変更が可能である。
・上記実施形態では、複数のリブ35が第1方向に直線状に延びる例を示したが、リブ35の形状はこうしたものに限らない。例えば、リブ35は、互いに間隔をあけて波状に延びていてもよいし、複数回折り返された流路を構成するものであってもよい。
-In the above embodiment, an example in which eight
-In the above embodiment, an example in which a plurality of
・上記実施形態では、各リブ35の先端36を第1方向において同一の位置となるように配置したが、各リブ35の先端36を第1方向において異なる位置となるように配置してもよい。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、入口バッファ部75及び出口バッファ部80の形状は適宜変更である。すなわち、第1傾斜壁77A及び第2傾斜壁77Bの何れか一方を省略してもよいし、第3傾斜壁82A及び第4傾斜壁82Bの何れか一方を省略してもよい。また、第1傾斜壁77Aから第4傾斜壁82Bの各傾斜角度を適宜変更してもよい。要は、第1入口マニホールド50や第1出口マニホールド60の位置に合わせて、発電部70へガスを導入したり、発電部70からガスを導出したりできるよう入口バッファ部75及び出口バッファ部80の形状を設定すればよい。こうした場合であっても、出口バッファ部80に設けられる傾斜壁の傾斜に合わせて、各リブ35の終端を配置することで上記(1)と同様の作用効果を得ることは可能である。
-In the above embodiment, the shapes of the
・上記実施形態では、セパレータ30の長手方向を第1方向としたが、短手方向を第1方向とすることも可能である。
-In the above embodiment, the longitudinal direction of the
10…セルスタック
11…発電セル
20…膜電極ガス拡散層接合体
21…電解質層
22…アノード電極層
23…カソード電極層
24…第1ガス拡散層
25…第2ガス拡散層
30…セパレータ
31…第1セパレータ
32…本体板部
33…底板部
34…周壁
35…リブ
35A…第1リブ
35B…第2リブ
35C…第3リブ
35D…第4リブ
35E…第5リブ
35F…第6リブ
35G…第7リブ
35H…第8リブ
36…先端
37…終端
38…終端部
38A…上斜面
38B…側斜面
40…ガス流路
50…第1入口マニホールド
51…第2入口マニホールド
52…第3入口マニホールド
60…第1出口マニホールド
61…第2出口マニホールド
62…第3出口マニホールド
70…発電部
75…入口バッファ部
76…第1導入部
76A…入口凸部
77…第2導入部
77A…第1傾斜壁
77B…第2傾斜壁
77C…導入壁
80…出口バッファ部
81…第1導出部
81A…出口凸部
82…第2導出部
82A…第3傾斜壁
82B…第4傾斜壁
82C…導出壁
90…第2セパレータ
95…冷却液通路
10 ...
Claims (4)
前記出口バッファ部は、前記第1方向に対して傾斜して設けられていて該ガス流路から導出されたガスを前記出口マニホールドへ誘導する傾斜壁を有しており、
前記複数のリブにおける前記出口マニホールド側の終端は、前記傾斜壁の傾斜に合わせて配置されている燃料電池用セパレータ。 An inlet manifold provided at one end in the first direction for gas to flow in, an outlet manifold provided at the other end in the first direction for gas outflow, and a plurality of ribs extending at intervals from each other. A power generation unit having a plurality of configured gas flow paths, an inlet buffer unit that disperses and introduces gas flowing from the inlet manifold into each gas flow path of the power generation unit, and each gas flow path of the power generation unit. A fuel cell separator provided with an outlet buffer portion for merging the gas derived from the fuel cell and discharging the gas to the outlet manifold.
The outlet buffer portion is provided so as to be inclined with respect to the first direction, and has an inclined wall for guiding the gas derived from the gas flow path to the outlet manifold.
The end of the plurality of ribs on the outlet manifold side is a fuel cell separator arranged according to the inclination of the inclined wall.
請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 1, wherein the flow path width of the gas flow path located on the outer side of the plurality of gas flow paths is narrower than the flow path width of the gas flow path located on the inner side thereof.
請求項1または2に記載の燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 1 or 2, wherein the distance from the end of the plurality of ribs to the inclined wall is longer in the ribs arranged inside than in the ribs arranged outside.
請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the rib has a tapered end portion having the end.
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