JP2022182064A - 燃料電池用のセパレータ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、溝流路の下流側においてガス拡散層に潜り込む反応ガスの流量の減少を抑制できる燃料電池用のセパレータを提供することにある。
<燃料電池スタックの単セルの全体構成>
図1に示すように、燃料電池スタックの単セルは、膜電極接合体10(以下、MEA10)と、MEA10を支持する枠部材20と、MEA10及び枠部材20を挟持する一対のセパレータ30,40とを有している。
なお、以降では、セパレータ30、MEA10及び枠部材20、セパレータ40の積層方向を第1方向Xとして説明する。
また、第1方向X及び第2方向Yの双方に直交する方向を第3方向Zとして説明する。
図1に示すように、MEA10は、第2方向Yに長い平面視長方形状である。
MEA10は、図示しない固体高分子電解質膜(以下、電解質膜)と、電解質膜の両面に設けられた電極11A,11Bとを有している。なお、本実施形態では、第1方向Xにおける電解質膜(図示略)の一側(図1の上下方向における上側)の面に接合された電極が、カソード電極11Aである。また、第1方向Xにおける電解質膜の他側(図1の下側)の面に接合された電極が、アノード電極11Bである。
なお、MEA10が本発明に係る燃料電池の発電部に相当する。
図1に示すように、枠部材20は、第2方向Yに長い長方形枠状である。
枠部材20は、例えば、硬質樹脂材料により形成されている。
枠部材20は、中央に第2方向Yに長い平面視長方形状の開口部27を有している。開口部27の縁部には、第1方向Xの一側(図1の上側)からMEA10が接合されている。
図1に示すように、セパレータ30は、第2方向Yに長い平面視長方形板状である。
セパレータ30は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。
図2に示すように、複数の溝流路37は、貫通孔31と貫通孔32とを連通する溝である。複数の溝流路37は、第1面30Aに設けられている。なお、本実施形態では、6つの溝流路37が第3方向Zに互いに間隔をあけて並んでいる。すなわち、6つの溝流路37の各々は、互いに独立している。
溝流路37の溝幅、すなわち流路断面積は、溝流路37の延在方向の全体にわたって一定である。各溝流路37の溝幅は、互いに同一である。
図1に示すように、セパレータ40は、第2方向Yに長い平面視長方形板状である。
セパレータ40は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。
複数の溝流路48は、貫通孔43と、貫通孔44とを連通する溝である。溝流路48内では、冷却媒体が溝流路47を流れる酸化剤ガスと同方向に流れる。
図3及び図4には、溝流路37からGDL12へ潜り込む燃料ガスの流れを矢印にて示している。
(1)溝流路37の波状部37aは、当接面30aの面方向において波状に延在している。波状部37aの下流側の振幅Aは、上流側の振幅Aよりも大きい。
こうした構成によれば、溝流路37の下流側ほど燃料ガスの圧力損失が大きくなる。これにより、溝流路37を流れる燃料ガスの流量が少なくなる下流側ほど、GDL12への燃料ガスの潜り込みが促進される。したがって、GDL12に潜り込む燃料ガスの流量の減少を効果的に抑制できる。
例えば、隣り合う溝流路37同士が連通されている場合、各溝流路37を流れる燃料ガスの流動圧が連通部分で均一化される。そのため、各波状部37aの上流側と下流側とで振幅Aを異ならせることによって、溝流路37毎に燃料ガスの圧力損失を調整することが困難となる。この点、上記構成によれば、溝流路37の各々は、互いに独立している。したがって、各波状部37aの上流側と下流側とで振幅Aを異ならせることにより、溝流路37毎に燃料ガスの圧力損失を容易に調整することができる。
こうした構成によれば、溝流路37の各々において、下流側における燃料ガスの圧力損失が上流側における燃料ガスの圧力損失に比べて大きくなる。したがって、溝流路37の下流側においてGDL12に潜り込む燃料ガスの流量の減少をより一層抑制できる。
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。
・セパレータ30は、本実施形態で例示したように、波状部37aの各々が同一の形状を有するものに限定されない。例えば、図5に示すように、セパレータ30は、当接面30aの面方向において波状に延在する波状部37bを有する溝流路37と、波状部37aを有する溝流路37とが第3方向Zにおいて交互に並ぶものであってもよい。ここで、波状部37bの波長λは、波状部37bの延在方向の全体にわたって一定である。また、波状部37bの振幅Aは、下流側ほど小さい。波状部37bの上流側の振幅Aは、波状部37aの上流側の振幅Aより大きい。波状部37bの下流側の振幅Aは、波状部37aの下流側の振幅Aより小さい。
・溝流路37は、波状部37aの波長λが波状部37aの延在方向の全体にわたって一定なものでなくてもよい。
・セパレータ30,40に用いる材料としては、チタンやステンレス鋼に限定されず、アルミニウムやカーボンを用いることもできる。
λ…波長
L…軸線
X…第1方向
Y…第2方向
Z…第3方向
10…膜電極接合体、MEA
11A…カソード電極
11B…アノード電極
12…ガス拡散層、GDL
20…枠部材
21…貫通孔
22…貫通孔
23…貫通孔
24…貫通孔
25…貫通孔
26…貫通孔
27…開口部
30…セパレータ
30A…第1面
30a…当接面
30B…第2面
30b…面
31…貫通孔
32…貫通孔
33…貫通孔
34…貫通孔
35…貫通孔
36…貫通孔
37…溝流路
37A…外側溝流路
37a…波状部
37b…波状部
38…溝流路
38a…波状部
40…セパレータ
40A…第1面
40B…第2面
41…貫通孔
42…貫通孔
43…貫通孔
44…貫通孔
45…貫通孔
46…貫通孔
47…溝流路
48…溝流路
51…凹部
52…リブ
61…凹部
62…リブ
71…谷部
72…山部
91…導入孔
92…導入孔
93…導入孔
94…導出孔
95…導出孔
96…導出孔
Claims (5)
- 燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、
前記溝流路は、前記当接面の面方向において波状に延在しており、
前記溝流路における前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、
前記溝流路の下流側の振幅は、上流側の振幅よりも大きい、
燃料電池用のセパレータ。 - 前記溝流路の振幅は、下流側ほど大きい、
請求項1に記載の燃料電池用のセパレータ。 - 前記溝流路の各々は、互いに独立している、
請求項1または請求項2に記載の燃料電池用のセパレータ。 - 前記溝流路の各々が、前記当接面の面方向において波状に延在している、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。 - 前記溝流路の各々の並び方向において最も外側に位置する前記溝流路である外側溝流路は、前記並び方向において前記当接面の外縁と同一の位置または前記外縁よりも外側に位置する部分を有している、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。
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