JP2022169222A - 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 fuel cell separator.
特許文献1には、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する2つのセパレータとを備える燃料電池が開示されている。一方のセパレータは、膜電極接合体の燃料極側に配置されている。他方のセパレータは、膜電極接合体の空気極側に配置されている。 Patent Literature 1 discloses a fuel cell that includes a membrane electrode assembly and two separators sandwiching the membrane electrode assembly. One separator is arranged on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly. The other separator is arranged on the air electrode side of the membrane electrode assembly.
各セパレータは、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに反応ガスが流れる複数のガス流路と、互いに隣り合うガス流路同士の間において当該ガス流路に沿って延びるリブ部とを有している。 Each separator has a plurality of gas flow paths extending in parallel with each other at intervals and through which reaction gases flow, and rib portions extending along the gas flow paths between adjacent gas flow paths. there is
燃料極側に配置されるセパレータのガス流路には、水素などの燃料ガスが供給される。空気極側に配置されるセパレータのガス流路には、空気などの酸化ガスが供給される。これら燃料ガスと酸化ガスとが膜電極接合体の内部において電気化学反応することにより発電が行われる。この電気化学反応に伴って、膜電極接合体の内部には水が生成される。 A fuel gas such as hydrogen is supplied to the gas flow path of the separator arranged on the fuel electrode side. An oxidizing gas such as air is supplied to the gas flow path of the separator arranged on the air electrode side. Electricity is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas inside the membrane electrode assembly. Along with this electrochemical reaction, water is generated inside the membrane electrode assembly.
こうした水を膜電極接合体の内部から排出すべく、特許文献1では、空気極側に配置されるセパレータのガス流路に絞り部が設けられている。絞り部は、ガス流路の底面が他の部分よりも膜電極接合体側に突出することで形成されている。絞り部によって、反応ガスが膜電極接合体の内部に潜り込むことで、膜電極接合体の内部から水がガス流路に排出される。こうして排出された水は、ガス流路を流れる反応ガスの圧力によって、当該ガス流路を通じて外部に排出される。 In order to discharge such water from the inside of the membrane electrode assembly, in Patent Document 1, a narrowed portion is provided in the gas flow path of the separator arranged on the air electrode side. The constricted portion is formed by the bottom surface of the gas channel protruding toward the membrane electrode assembly side more than other portions. Water is discharged from the inside of the membrane electrode assembly into the gas channel by the reaction gas entering the inside of the membrane electrode assembly by the narrowed portion. The water discharged in this manner is discharged to the outside through the gas channel by the pressure of the reaction gas flowing through the gas channel.
ところで、ガス流路に設けられた絞り部においては、流路断面積が他の部分よりも小さくなるため、反応ガスの圧力損失が増大するおそれがある。こうした反応ガスの圧力損失の増大は、燃料電池の性能低下を招くおそれがある。このため、反応ガスの圧力損失の増大を抑制することが望まれている。 By the way, at the constricted portion provided in the gas channel, since the cross-sectional area of the channel is smaller than that of other portions, the pressure loss of the reaction gas may increase. Such an increase in the pressure loss of the reaction gas may lead to deterioration in the performance of the fuel cell. Therefore, it is desired to suppress the increase in the pressure loss of the reaction gas.
上記課題を解決するための燃料電池用セパレータは、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに反応ガスが流れる複数のガス流路と、互いに隣り合う前記ガス流路同士の間において前記ガス流路に沿って延びるリブと、を有しており、前記ガス流路には、流路断面積が部分的に小さくされた絞り部が設けられている燃料電池用セパレータであって、前記ガス流路を流れる反応ガスの流れ方向における上流及び下流を単にそれぞれ上流及び下流とするとき、前記複数のガス流路は、前記絞り部が設けられた第1ガス流路と、前記第1ガス流路に隣り合う第2ガス流路と、を含んでおり、前記リブには、前記第1ガス流路の前記絞り部と、前記第2ガス流路とを連通する連通溝が設けられており、前記連通溝の前記第1ガス流路に連通する第1端は、前記ガス流路の延在方向において、前記連通溝の前記第2ガス流路に連通する第2端と並ぶ位置、または前記第2端よりも上流側の位置に設けられている。 A fuel cell separator for solving the above-mentioned problems comprises a plurality of gas flow paths extending in parallel with each other at intervals and through which reactant gases flow, and a plurality of gas flow paths between the gas flow paths adjacent to each other. and a rib extending along the gas flow path, wherein the gas flow path is provided with a constricted portion having a partially reduced cross-sectional area of the flow path, wherein the gas flow path is When upstream and downstream in the flow direction of the flowing reaction gas are simply referred to as upstream and downstream respectively, the plurality of gas flow paths are the first gas flow path provided with the constricted portion and adjacent to the first gas flow path. and a second gas flow path that aligns with the second gas flow path, and the rib is provided with a communication groove that allows communication between the narrowed portion of the first gas flow path and the second gas flow path, and the communication groove The first end of the groove that communicates with the first gas flow path is aligned with the second end of the communication groove that communicates with the second gas flow path in the extending direction of the gas flow path, or the second end of the groove communicates with the second gas flow path. It is provided at a position on the upstream side of the end.
同構成によれば、第1ガス流路の絞り部と第2ガス流路とが連通溝によって連通されている。このため、第1ガス流路の絞り部を流れる反応ガスの一部が、連通溝を介して第2ガス流路に向かって流れる。したがって、絞り部における反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。 According to this configuration, the throttle portion of the first gas flow path and the second gas flow path communicate with each other through the communication groove. Therefore, part of the reaction gas flowing through the constricted portion of the first gas flow path flows toward the second gas flow path through the communication groove. Therefore, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the reaction gas at the constricted portion.
以下、図1~図3を参照して、燃料電池用セパレータの一実施形態について説明する。
(セルスタック10)
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を備えている。
An embodiment of a fuel cell separator will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
(Cell stack 10)
As shown in FIG. 1, the fuel cell includes a
発電セル11は、シート状の膜電極ガス拡散層接合体20と、膜電極ガス拡散層接合体20を厚さ方向において挟持する2つのセパレータ30とを備えている。
膜電極ガス拡散層接合体20は、膜電極接合体21と、アノードガス拡散層25と、カソードガス拡散層26とを有している。
The
The membrane electrode gas
膜電極接合体21は、例えば固体高分子膜によって形成された電解質層22と、電解質層22を厚さ方向において挟持するアノード電極層23及びカソード電極層24とを有している。
The
アノードガス拡散層25は、アノード電極層23における電解質層22とは反対側の面を覆っている。カソードガス拡散層26は、カソード電極層24における電解質層22とは反対側の面を覆っている。アノードガス拡散層25及びカソードガス拡散層26は、例えば共に炭素繊維によって形成されている。
The anode
(セパレータ30)
セパレータ30は、アノードセパレータ40とカソードセパレータ70とを含んでいる。アノードセパレータ40は、アノードガス拡散層25におけるアノード電極層23とは反対側の面に設けられている。カソードセパレータ70は、カソードガス拡散層26におけるカソード電極層24とは反対側の面に設けられている。
(Separator 30)
セパレータ30は、例えば、長方形板状をなしている。セパレータ30の材料としては、例えば、チタンなどの金属材料や、導電性粒子及び樹脂材料を含む複合材料を用いることができる。
The
アノードセパレータ40は、互いに間隔をおいて並列して延びる複数のガス流路50と、互いに隣り合うガス流路50同士の間においてガス流路50に沿って延びる複数のリブ60とを有している。すなわち、アノードセパレータ40には、ガス流路50とリブ60とが交互に並列して設けられている。
The
ガス流路50は、膜電極ガス拡散層接合体20に向かって開口する溝状をなしている。各ガス流路50には、反応ガスとしての水素ガスが流れる。
カソードセパレータ70は、互いに間隔をおいて並列して延びる複数のガス流路80と、互いに隣り合うガス流路80同士の間においてガス流路80に沿って延びる複数のリブ90とを有している。すなわち、カソードセパレータ70には、ガス流路80とリブ90とが交互に並列して設けられている。
The
The
ガス流路80は、膜電極ガス拡散層接合体20に向かって開口する溝状をなしている。各ガス流路80には、反応ガスとしての空気が流れる。
発電セル11において、アノードセパレータ40は、各リブ60の頂面がアノードガス拡散層25に接触するように配置されている。これにより、各ガス流路50を流れる水素ガスが、アノードガス拡散層25を通じてアノード電極層23に供給される。
The
In the
カソードセパレータ70は、各リブ90の頂面がカソードガス拡散層26に接触するように配置されている。これにより、各ガス流路80を流れる空気が、カソードガス拡散層26を通じてカソード電極層24に供給される。
膜電極接合体21では、アノード電極層23に供給された水素ガスと、カソード電極層24に供給された空気とが電気化学反応することにより発電が行われる。こうした電気化学反応に伴って、膜電極接合体21の内部には水(以下、生成水と称する)が生成される。生成水は、カソードセパレータ70のガス流路80を流れる空気の圧力によって、ガス流路80を通じて燃料電池の外部に排出される。
In the
発電セル11は、上記発電に伴って発熱する。このため、隣接する2つの発電セル11の間には、発電セル11を冷却するための冷却液が流れる冷却液流路31が設けられている。冷却液流路31は、上記2つの発電セル11において隣接するアノードセパレータ40とカソードセパレータ70との間に設けられている。より詳しくは、冷却液流路31は、アノードセパレータ40のリブ60と、カソードセパレータ70のリブ90とにより区画される空間によって形成されている。
The
図2に示すように、カソードセパレータ70の複数のガス流路80は、第1ガス流路81と第2ガス流路82とを含んでいる。第1ガス流路81と第2ガス流路82とは、リブ90を挟んで互いに反対側に設けられている。すなわち、カソードセパレータ70には、第1ガス流路81と第2ガス流路82とが交互に設けられている。
As shown in FIG. 2, the plurality of
以降において、ガス流路80が延びる方向を延在方向と称する。また、ガス流路80を流れる反応ガスの流れ方向における上流及び下流を単にそれぞれ上流及び下流と称する。なお、図2及び図3における矢印は、上流側から下流側に向かう反応ガスの流れ方向を示している。
Hereinafter, the direction in which the
(第1絞り部83A及び第2絞り部83B)
図2及び図3に示すように、第1ガス流路81及び第2ガス流路82には、流路断面積が部分的に小さくされた第1絞り部83A及び第2絞り部83Bがそれぞれ設けられている。第1絞り部83Aと第2絞り部83Bとは、例えば、延在方向において同一の位置に設けられている。
(First narrowed
As shown in FIGS. 2 and 3, the first
本実施形態における第1絞り部83A及び第2絞り部83Bは、同一の形状を有している。このため、以降においては、第1絞り部83Aの構成について説明し、第2絞り部83Bの構成については、第1絞り部83Aの構成を示す符号と同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。
The first narrowed
第1絞り部83Aは、延在方向に延びている。第1絞り部83Aは、第1ガス流路81における一部の幅がその他の部分よりも小さくされることによって形成されている。第1絞り部83Aの深さは、第1ガス流路81におけるその他の部分の深さと同一である。
The first narrowed
図3に示すように、第1絞り部83Aは、延在方向において一定の流路断面積を有する狭小部84と、狭小部84の上流側に連結された上流側徐変部85と、狭小部84の下流側に連結された下流側徐変部87とを有している。上流側徐変部85は、第1絞り部83Aの上流端に設けられている。下流側徐変部87は、第1絞り部83Aの下流端に設けられている。
As shown in FIG. 3, the first narrowed
狭小部84は、第1絞り部83Aのうち幅が最も小さくなる部分である。したがって、第1絞り部83Aの流路断面積は、狭小部84において最小となる。
上流側徐変部85は、下流側ほど流路断面積が徐々に小さくされている。上流側徐変部85は、延在方向に対して傾斜して延びる2つの傾斜側壁86を有している。2つの傾斜側壁86は、第1ガス流路81の幅方向において互いに対向している。2つの傾斜側壁86は、下流側に向かうほど互いに近付くように延びている。
The
The flow passage cross-sectional area of the upstream gradually changing
下流側徐変部87は、下流側ほど流路断面積が徐々に大きくされている。下流側徐変部87は、延在方向に対して傾斜して延びる2つの傾斜側壁88を有している。2つの傾斜側壁88は、第1ガス流路81の幅方向において互いに対向している。2つの傾斜側壁88は、下流側に向かうほど互いに離れるように延びている。
The downstream gradually changing
(第1連通溝91及び第2連通溝92)
各リブ90には、第1連通溝91と第2連通溝92とが互いに連通した状態で設けられている。第1連通溝91は、第1ガス流路81と第2ガス流路82とを連通している。第2連通溝92は、第2ガス流路82と第1ガス流路81とを連通している。本実施形態における第1連通溝91及び第2連通溝92は、同一の形状を有している。
(First communicating
Each
第1連通溝91の幅及び深さの各々は、第1絞り部83Aにおける狭小部84の幅及び深さよりも小さい。第2連通溝92の幅及び深さの各々は、第2絞り部83Bにおける狭小部84の幅及び深さよりも小さい。
Each of the width and depth of the
第1連通溝91は、第1絞り部83Aの上流側徐変部85に連通する第1端91aと、第2絞り部83Bの下流側徐変部87に連通する第2端91bとを有している。第1端91aは、第1絞り部83Aの上流側徐変部85における傾斜側壁86に開口している。第2端91bは、第2絞り部83Bの下流側徐変部87における傾斜側壁88に開口している。
The
第1連通溝91は、第1ガス流路81から離れるほど下流側に位置するように延在方向に対して傾斜して延びている。すなわち、第1端91aは、延在方向において第2端91bよりも上流側の位置に設けられている。
The
第2連通溝92は、第2絞り部83Bの上流側徐変部85に連通する第3端92aと、第1絞り部83Aの下流側徐変部87に連通する第4端92bとを有している。第3端92aは、第2絞り部83Bの上流側徐変部85における傾斜側壁86に開口している。第4端92bは、第1絞り部83Aの下流側徐変部87における傾斜側壁88に開口している。
The
第2連通溝92は、第2ガス流路82から離れるほど下流側に位置するように延在方向に対して傾斜して延びている。すなわち、第3端92aは、延在方向において第4端92bよりも上流側の位置に設けられている。なお、第1連通溝91の延在方向に対する傾斜角度と、第2連通溝92の延在方向に対する傾斜角度とは同一である。
The
以上のことから、第1ガス流路81に隣り合う2つのリブ90の各々には、第1連通溝91及び第2連通溝92が設けられている。したがって、1つの第1絞り部83Aの上流側徐変部85には、2つの第1連通溝91が連通している。また、1つの第1絞り部83Aの下流側徐変部87には、2つの第2連通溝92が連通している。
As described above, each of the two
また、第2ガス流路82に隣り合う2つのリブ90の各々には、第1連通溝91及び第2連通溝92が設けられている。したがって、1つの第2絞り部83Bの上流側徐変部85には、2つの第2連通溝92が連通している。また、1つの第2絞り部83Bの下流側徐変部87には、2つの第1連通溝91が連通している。
A first communicating
本実施形態の作用について説明する。
(作用1)カソードセパレータ70においては、第1ガス流路81の第1絞り部83Aと第2ガス流路82とが第1連通溝91によって連通されている。このため、第1ガス流路81の第1絞り部83Aを流れる反応ガスの一部が、第1連通溝91を介して第2ガス流路82に向かって流れる。
The operation of this embodiment will be described.
(Action 1) In the
(作用2)第1連通溝91の流路断面積は第1絞り部83Aの狭小部84の流路断面積よりも小さいため、第1ガス流路81を流れる反応ガスが、第1連通溝91よりも第1絞り部83Aに流れやすくなる。
(Action 2) Since the flow channel cross-sectional area of the
(作用3)第1連通溝91は、第1ガス流路81から離れるほど下流側に位置するように延在方向に対して傾斜して延びている。このため、第1連通溝91が第1ガス流路81の延在方向に直交する方向に延びる場合と比較して、第1連通溝91に流入した反応ガスが下流側に向かって円滑に流れやすくなる。
(Action 3) The
(作用4)第1連通溝91の第1端91aが第1絞り部83Aの傾斜側壁86に開口しているため、第1端91aの開口の延在方向における投影面積を大きくすることができる。
(Action 4) Since the
(作用5)第1連通溝91の第2端91bが、第2絞り部83Bの下流側徐変部87に開口している。このため、第1連通溝91を通じて第2ガス流路82に流入した生成水が、第2ガス流路82の第2絞り部83Bにて流速が高められた反応ガスによって第2ガス流路82から排出されやすくなる。
(Action 5) The
(作用6)第1ガス流路81における1つの第1絞り部83Aに対して2つの第1連通溝91が連通している。このため、第1絞り部83Aを流れる反応ガスの一部が、2つの第1連通溝91を介して、第1ガス流路81に隣り合う2つの第2ガス流路82に向かって流れる。
(Action 6) Two
(作用7)第2ガス流路82の第2絞り部83Bと、第1ガス流路81とが第2連通溝92によって連通されている。このため、第2ガス流路82の第2絞り部83Bを流れる反応ガスの一部が、第2連通溝92を介して第1ガス流路81に向かって流れる。
(Action 7) The
(作用8)第1ガス流路81の第1絞り部83Aを流れる反応ガスの一部は、第1連通溝91を介して第2ガス流路82に向かって流れるとともに、第1連通溝91及び第2連通溝92を介して第1ガス流路81の下流側に向かって流れる。同様に、第2ガス流路82の第2絞り部83Bを流れる反応ガスの一部は、第2連通溝92を介して第1ガス流路81に向かって流れるとともに、第2連通溝92及び第1連通溝91を介して第2ガス流路82の下流側に向かって流れる。
(Action 8) Part of the reaction gas flowing through the
本実施形態の効果について説明する。
(1)カソードセパレータ70は、第1ガス流路81及び第2ガス流路82と、リブ90とを有している。第1ガス流路81には、第1絞り部83Aが設けられている。リブ90には、第1ガス流路81の第1絞り部83Aと、第2ガス流路82とを連通する第1連通溝91が設けられている。第1連通溝91の第1ガス流路81に連通する第1端91aは、ガス流路80の延在方向において、第2端91bよりも上流側の位置に設けられている。
Effects of the present embodiment will be described.
(1) The
こうした構成によれば、上述した作用1を奏するため、第1絞り部83Aにおける反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
(2)第1連通溝91の流路断面積は、第1絞り部83Aの狭小部84の流路断面積よりも小さい。
According to such a configuration, since the above-described effect 1 is achieved, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the reaction gas in the
(2) The channel cross-sectional area of the
こうした構成によれば、上述した作用2を奏するため、第1絞り部83Aを通過する反応ガスの流量を確保しつつも、第1絞り部83Aにおける反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
According to such a configuration, since the above-described effect 2 is achieved, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the reaction gas in the
(3)第1連通溝91は、第1ガス流路81から離れるほど下流側に位置するように延在方向に対して傾斜して延びている。
こうした構成によれば、上述した作用3を奏するため、第1絞り部83Aにおける反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
(3) The
With such a configuration, since the above-described effect 3 is achieved, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the reaction gas in the
(4)第1連通溝91の第1端91aは、第1絞り部83Aの傾斜側壁86に開口している。
こうした構成によれば、上述した作用4を奏するため、反応ガスが第1連通溝91に流入しやすくなる。したがって、第1絞り部83Aにおける反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
(4) The
With such a configuration, the reaction gas can easily flow into the
(5)第1連通溝91の第1端91a及び第2端91bは、第1絞り部83Aの上流側徐変部85及び第2絞り部83Bの下流側徐変部87にそれぞれ開口している。
こうした構成によれば、上述した作用5を奏するため、生成水の排出性を向上させることができる。
(5) The
With such a configuration, the above-described function 5 can be achieved, so that the discharge of generated water can be improved.
(6)1つの第1ガス流路81と、2つの第2ガス流路82の各々との間において延びる2つのリブ90の各々には、第1連通溝91が設けられている。
こうした構成によれば、上述した作用6を奏するため、第1絞り部83Aにおける反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
(6) Each of the two
According to such a configuration, since the above-described effect 6 is exhibited, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the reaction gas in the
(7)リブ90には、第2ガス流路82の第2絞り部83Bと、第1ガス流路81とを連通する第2連通溝92が設けられている。第2連通溝92の第3端92aは、延在方向において、第4端92bよりも上流側の位置に設けられている。
(7) The
こうした構成によれば、上述した作用7を奏するため、第1ガス流路81の第1絞り部83Aに加えて、第2ガス流路82の第2絞り部83Bにおいても反応ガスの圧力損失の増大を抑制できる。
According to such a configuration, in order to achieve the above-described effect 7, the pressure loss of the reaction gas is reduced not only in the first narrowed
(8)1つのリブ90には、第1連通溝91と第2連通溝92とが互いに連通した状態で設けられている。
こうした構成によれば、上述した作用8を奏するため、第1ガス流路81と第2ガス流路82との間で反応ガスの一部が入れ替わる。このため、第1ガス流路81の第1絞り部83Aと、第2ガス流路82の第2絞り部83Bとの圧力差、ひいては、複数のガス流路80の圧力差を小さくすることができる。
(8) One
According to such a configuration, part of the reactant gas is exchanged between the first
<変更例>
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。
<Change example>
This embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
なお、以下の図4~図9に示す第1変更例~第6変更例において、上記実施形態に対応する構成については同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。
・図4に示すように、1つの第1絞り部83Aに対して1つの第1連通溝91を設けるとともに、1つの第2絞り部83Bに対して1つの第2連通溝92を設けることもできる。この場合、カソードセパレータ70には、第1連通溝91が設けられたリブ90と、第2連通溝92が設けられたリブ90とが交互に設けられている。こうした構成によれば、上述した効果(1)~(5)、及び効果(7)を奏することができる。
In addition, in the first to sixth modified examples shown in FIGS. 4 to 9 below, the same reference numerals are assigned to the configurations corresponding to the above-described embodiments, thereby omitting redundant description.
・As shown in FIG. 4, one
・図5に示すように、第2ガス流路82から第2連通溝92を省略するとともに、1つの第1絞り部83Aに対して2つの第1連通溝91を設けることもできる。この場合、カソードセパレータ70には、各リブ90に1つの第1連通溝91が設けられている。こうした構成によれば、上述した効果(1)~(6)を奏することができる。
- As shown in FIG. 5, the
・図6に示すように、第2ガス流路82から第2連通溝92を省略するとともに、1つの第1絞り部83Aに対して1つの第1連通溝91を設けることもできる。この場合、カソードセパレータ70には、第1連通溝91が設けられたリブ90と、第1連通溝91が設けられていないリブ90とが交互に設けられている。こうした構成によれば、上述した効果(1)~(5)を奏することができる。
- As shown in FIG. 6, the
・図7に示すように、第2ガス流路82から第2絞り部83B及び第2連通溝92を省略することができる。こうした構成によれば、上述した効果(1)~(4)を奏することができる。
- As shown in FIG. 7 , the
・図8に示すように、第1絞り部83A及び第2絞り部83Bから上流側徐変部85及び下流側徐変部87を省略することができる。この場合、第1連通溝91及び第2連通溝92は、狭小部84同士を連通するものであればよい。こうした構成によれば、上述した効果(1)~(3)を奏することができる。
- As shown in FIG. 8, the upstream
・図9に示すように、第2ガス流路82から第2連通溝92を省略するとともに、ガス流路80の延在方向に直交する幅方向に延びる第1連通溝91を設けることもできる。この場合、第1端91aは、延在方向において第2端91bと並ぶ位置に設けられている。この第1連通溝91は、狭小部84同士を連通することが好ましい。こうした構成によれば、上述した効果(1)及び効果(2)を奏することができる。
- As shown in FIG. 9, the
・傾斜側壁86,88は、ガス流路80の幅方向における一方にのみ設けられていてもよい。
・第1ガス流路81と第2ガス流路82とは、互いに異なる形状をなすものであってもよい。
- The
- The first
・第1連通溝91と第2連通溝92とは、互いに異なる形状をなすものであってもよい。
・各連通溝91,92は、直線状に延びるものでなくてもよい。第1連通溝91は、例えば第1端91aが第2端91bよりも上流側に位置するように湾曲していてもよい。同様に、第2連通溝92は、例えば第3端92aが第4端92bよりも上流側に位置するように湾曲していてもよい。
- The
- The
・各連通溝91,92は、狭小部84の幅よりも小さい幅を有していれば、狭小部84の深さと同一の深さを有していてもよい。
・各連通溝91,92は、狭小部84の深さよりも小さい深さを有していれば、狭小部84の幅と同一の幅を有していてもよい。
Each of the communicating
Each of the communicating
・各連通溝91,92の流路断面積は、狭小部84の流路断面積と同一であってもよい。
・第1絞り部83Aと第2絞り部83Bとは、延在方向において異なる位置に設けられていてもよい。
- The channel cross-sectional area of each of the
- The first narrowed
・上記実施形態では、本発明をカソードセパレータ70に対して適用した一例について説明したが、本発明をアノードセパレータ40に対して適用することもできる。
- In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to 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…膜電極接合体
22…電解質層
23…アノード電極層
24…カソード電極層
25…アノードガス拡散層
26…カソードガス拡散層
30…セパレータ
31…冷却液流路
40…アノードセパレータ
50…ガス流路
60…リブ
70…カソードセパレータ
80…ガス流路
81…第1ガス流路
82…第2ガス流路
83A…第1絞り部
83B…第2絞り部
84…狭小部
85…上流側徐変部
86…傾斜側壁
87…下流側徐変部
88…傾斜側壁
90…リブ
91…第1連通溝
91a…第1端
91b…第2端
92…第2連通溝
92a…第3端
92b…第4端
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ガス流路を流れる反応ガスの流れ方向における上流及び下流を単にそれぞれ上流及び下流とするとき、
前記複数のガス流路は、前記絞り部が設けられた第1ガス流路と、前記第1ガス流路に隣り合う第2ガス流路と、を含んでおり、
前記リブには、前記第1ガス流路の前記絞り部と、前記第2ガス流路とを連通する連通溝が設けられており、
前記連通溝の前記第1ガス流路に連通する第1端は、前記ガス流路の延在方向において、前記連通溝の前記第2ガス流路に連通する第2端と並ぶ位置、または前記第2端よりも上流側の位置に設けられている、
燃料電池用セパレータ。 a plurality of gas flow passages extending in parallel with each other at intervals and through which reaction gases flow; and ribs extending along the gas flow passages between the gas flow passages adjacent to each other; A fuel cell separator in which a gas channel is provided with a constricted portion with a partially reduced cross-sectional area of the channel,
When upstream and downstream in the direction of flow of the reactant gas flowing through the gas channel are simply referred to as upstream and downstream, respectively,
The plurality of gas flow paths includes a first gas flow path provided with the constricted portion and a second gas flow path adjacent to the first gas flow path,
The rib is provided with a communication groove that communicates the narrowed portion of the first gas flow path and the second gas flow path,
The first end of the communication groove that communicates with the first gas flow path is aligned with the second end of the communication groove that communicates with the second gas flow path in the extending direction of the gas flow path, or provided at a position upstream of the second end,
Fuel cell separator.
請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。 The channel cross-sectional area of the communicating groove is smaller than the channel cross-sectional area of the constricted portion,
The fuel cell separator according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータ。 The communication groove extends at an angle with respect to the extending direction so as to be located downstream as the distance from the first gas flow path increases.
3. The fuel cell separator according to claim 1 or 2.
請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 An upstream gradually changing portion having an inclined side wall extending at an angle with respect to the extending direction and having a flow passage cross-sectional area that gradually decreases toward the downstream side is provided at an upstream end of the narrowed portion. the first end is open to the sloped sidewall;
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3.
前記第1ガス流路における前記絞り部の上流端には、前記延在方向に対して傾斜して延びる傾斜側壁を有していて下流側ほど流路断面積が徐々に小さくされた上流側徐変部が設けられており、
前記第2ガス流路における前記絞り部の下流端には、前記延在方向に対して傾斜して延びる傾斜側壁を有していて下流側ほど流路断面積が徐々に大きくされた下流側徐変部が設けられており、
前記第1端及び前記第2端は、前記上流側徐変部及び前記下流側徐変部にそれぞれ開口している、
請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 The second gas flow path is provided with the narrowed portion,
At the upstream end of the constricted portion in the first gas flow path, an inclined side wall extending at an angle with respect to the extending direction is provided, and the cross-sectional area of the flow path gradually decreases toward the downstream side. There is a change part,
At the downstream end of the constricted portion in the second gas flow path, there is an inclined side wall that extends obliquely with respect to the extending direction, and the flow path cross-sectional area gradually increases toward the downstream side. There is a change part,
The first end and the second end are open to the upstream gradually changing section and the downstream gradually changing section, respectively.
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 4.
前記リブは、前記第1ガス流路と前記2つの第2ガス流路の各々との間において延びる2つの前記リブを含んでおり、
前記2つのリブの各々には、前記連通溝が設けられている、
請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 The gas flow path includes two second gas flow paths located on opposite sides of the first gas flow path,
said ribs including two said ribs extending between said first gas flow path and each of said two second gas flow paths;
Each of the two ribs is provided with the communication groove,
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 5.
前記第2ガス流路には、前記絞り部が設けられており、
前記リブには、前記第2ガス流路の前記絞り部と、前記第1ガス流路とを連通する第2連通溝が設けられており、
前記第2連通溝の前記第2ガス流路に連通する第3端は、前記延在方向において、前記第2連通溝の前記第1ガス流路に連通する第4端と並ぶ位置、または前記第4端よりも上流側の位置に設けられている、
請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 When the communication groove is the first communication groove,
The second gas flow path is provided with the narrowed portion,
The rib is provided with a second communication groove that communicates the narrowed portion of the second gas flow path and the first gas flow path,
A third end of the second communication groove communicating with the second gas flow path is aligned with a fourth end of the second communication groove communicating with the first gas flow path in the extending direction, or provided at a position upstream of the fourth end,
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載の燃料電池用セパレータ。 The one rib is provided with the first communication groove and the second communication groove communicating with each other,
The fuel cell separator according to claim 7.
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2021
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