JP2023149965A - Separator for fuel cell and power generation cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータ及び発電セルに関する。 The present invention relates to a fuel cell separator and a power generation cell.
発電セルは、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータとを備える。電解質膜・電極構造体は、電解質膜と、電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する。 The power generation cell includes an electrolyte membrane/electrode assembly and a set of separators disposed on both sides of the electrolyte membrane/electrode assembly. The electrolyte membrane/electrode assembly includes an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane.
例えば、特許文献1には、金属板状のセパレータ本体のうち電極に向かう面に凹状の反応ガス流路を形成し、反応ガス流路の底面に多孔質体からなる複数の突起を設けたセパレータ(燃料電池用セパレータ)が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a separator in which a concave reactive gas channel is formed on the surface facing the electrode of a separator body in the form of a metal plate, and a plurality of protrusions made of a porous material are provided on the bottom surface of the reactive gas channel. (Separator for fuel cells) is disclosed.
上述した燃料電池用セパレータでは、セパレータ本体に複数の突起を取り付ける必要があるため、燃料電池用セパレータを容易に製造することができないおそれがある。 In the above-described fuel cell separator, it is necessary to attach a plurality of protrusions to the separator body, so there is a possibility that the fuel cell separator cannot be easily manufactured.
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems.
本発明の一態様は、電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体に積層される燃料電池用セパレータであって、板状のセパレータ本体と、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面に設けられて反応ガスが流通可能な多孔質部材と、を備え、前記多孔質部材のうち前記セパレータ本体とは反対方向を向く面には、溝状の反応ガス流路が形成され、前記反応ガス流路は、1つの線状流路が2つの分岐流路に分岐する複数の分岐部を有し、前記複数の分岐部の各々から分岐する前記2つの分岐流路のなす角度は、180°よりも小さい、燃料電池用セパレータである。 One aspect of the present invention is a fuel cell separator that is stacked on an electrolyte membrane/electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte membrane, the separator comprising a plate-shaped separator body, and the electrode of the separator body. a porous member provided on a surface facing the separator body through which a reaction gas can flow, and a groove-shaped reaction gas flow path is formed on a surface of the porous member facing opposite to the separator body. , the reaction gas flow path has a plurality of branch portions in which one linear flow path branches into two branch flow paths, and the angle formed by the two branch flow paths branching from each of the plurality of branch portions. is a fuel cell separator whose angle is smaller than 180°.
本発明の他の態様は、電解質膜と当該電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータと、を備えた発電セルであって、前記一組のセパレータの片方は、上述した燃料電池用セパレータである、発電セルである。 Another aspect of the present invention is an electrolyte membrane/electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane; The power generation cell includes a set of separators, one of which is the above-mentioned fuel cell separator.
本発明によれば、セパレータ本体に設けた多孔質部材に反応ガス流路を形成しているため、燃料電池用セパレータを簡単に製造できる。また、反応ガス流路は、1つの線状流路が2つの分岐流路に分岐する複数の分岐部を有する。そのため、線状流路を流通する反応ガスは、多孔質部材のうち2つの分岐流路の間に位置する壁部(分岐壁部)に当たることにより、2つの分岐流路に分かれて流れる。この時、反応ガスは、多孔質部材の一部である分岐壁部の内部を流通して電極に導かれる。よって、電極の全体に反応ガスを効率よく供給することができる。さらに、複数の分岐部の各々から分岐する2つの分岐流路のなす角度が180°よりも小さいため、分岐壁部による反応ガスの圧損を抑えることができる。従って、反応ガス流路に沿って反応ガスを下流に円滑に流通させることができる。 According to the present invention, since the reactive gas flow path is formed in the porous member provided in the separator body, it is possible to easily manufacture a fuel cell separator. Further, the reaction gas flow path has a plurality of branch portions in which one linear flow path branches into two branch flow paths. Therefore, the reaction gas flowing through the linear channel hits a wall portion (branch wall portion) located between the two branch channels of the porous member, and thereby flows into two branch channels. At this time, the reaction gas flows through the inside of the branch wall portion, which is a part of the porous member, and is guided to the electrode. Therefore, the reaction gas can be efficiently supplied to the entire electrode. Furthermore, since the angle formed by the two branch channels branching from each of the plurality of branch parts is smaller than 180°, pressure loss of the reaction gas due to the branch wall part can be suppressed. Therefore, the reaction gas can be smoothly distributed downstream along the reaction gas flow path.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る発電セル10は、その厚さ方向(矢印A方向)に複数積層されて燃料電池スタック12を形成する。燃料電池スタック12は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。なお、複数の発電セル10の積層方向は、水平方向及び重力方向のいずれでもよい。
As shown in FIG. 1, a plurality of
発電セル10は、横長の長方形状に形成されている。ただし、発電セル10は、縦長の長方形状に形成されてもよい。発電セル10は、MEA部材14(MEA:Membrane Electrode Assembly)、第1セパレータ16及び第2セパレータ18(燃料電池用セパレータ)を備える。MEA部材14は、MEA20(電解質膜・電極構造体)と樹脂枠部材22(樹脂枠部)とを有する。
The
第1セパレータ16は、MEA部材14の一方の面(矢印A1方向の面)に配設されている。第2セパレータ18は、MEA部材14の他方の面(矢印A2方向の面)に配設されている。第1セパレータ16及び第2セパレータ18は、矢印A方向からMEA部材14を挟持する。
The
第1セパレータ16及び第2セパレータ18は、図示しない複数の接合ラインにより互いに接合されて接合セパレータ24を形成する。第1セパレータ16と第2セパレータ18とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。第1セパレータ16及び第2セパレータ18の詳細な構造の説明については後述する。
The
図2において、MEA20は、燃料ガス(一方の反応ガス)と酸化剤ガス(他方の反応ガス)との電気化学反応により発電する。MEA20は、電解質膜26、アノード電極28及びカソード電極30を含む。電解質膜26は、例えば、固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜26は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用することができる。電解質膜26は、アノード電極28及びカソード電極30に挟持される。
In FIG. 2, the
アノード電極28は、第1電極触媒層32と第1ガス拡散層34とを有する。第1電極触媒層32は、電解質膜26の一方の面26aに接合される。第1ガス拡散層34は、第1電極触媒層32に積層される。第1電極触媒層32は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第1ガス拡散層34の表面に一様に塗布されている。
The
カソード電極30は、第2電極触媒層36と第2ガス拡散層38とを有する。第2電極触媒層36は、電解質膜26の他方の面26bに接合される。第2ガス拡散層38は、第2電極触媒層36に積層される。第2電極触媒層36は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第2ガス拡散層38の表面に一様に塗布されている。第1ガス拡散層34及び第2ガス拡散層38のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。
The
図1に示すように、樹脂枠部材22は、MEA20の外周部を囲む枠状シートである。樹脂枠部材22は、電気的絶縁性を有する。樹脂枠部材22の構成材料としては、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、m-PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。
As shown in FIG. 1, the resin frame member 22 is a frame-shaped sheet surrounding the outer periphery of the
発電セル10の長辺方向の一端縁部(矢印B1方向の端縁部)には、酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体供給連通孔42a及び燃料ガス排出連通孔44bが設けられている。酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体供給連通孔42a及び燃料ガス排出連通孔44bは、発電セル10の短辺方向(矢印C方向)に配列して設けられている。
An oxidant gas
酸化剤ガス供給連通孔40aには、酸化剤ガス(例えば、酸素含有ガス)が矢印A2方向に向かって流通する。冷却媒体供給連通孔42aには、冷却媒体(例えば、純水、エチレングリコール、オイル等)が矢印A2方向に向かって流通する。燃料ガス排出連通孔44bには、燃料ガス(例えば、水素含有ガス)が矢印A1方向に向かって流通する。
Oxidizing gas (for example, oxygen-containing gas) flows through the oxidizing gas
発電セル10の長辺方向の他端縁部(矢印B2方向の端縁部)には、燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体排出連通孔42b及び酸化剤ガス排出連通孔40bが設けられている。燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体排出連通孔42b、酸化剤ガス排出連通孔40bは、矢印C方向に配列して設けられている。
A fuel gas
燃料ガス供給連通孔44aには、燃料ガスが矢印A2方向に向かって流通する。冷却媒体排出連通孔42bには、冷却媒体(冷媒)が矢印A1方向に向かって流通する。酸化剤ガス排出連通孔40bには、酸化剤ガスが矢印A1方向に向かって流通する。
Fuel gas flows through the fuel gas
上述した連通孔(酸化剤ガス供給連通孔40a等)の配置、形状及び大きさは、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。
The arrangement, shape, and size of the communication holes (oxidant gas
図1及び図2に示すように、第1セパレータ16は、板状の第1セパレータ本体46を備える。第1セパレータ本体46は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第1セパレータ本体46は、表面に防食用の表面処理が施されてもよい。第1セパレータ本体46は、長方形状に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1セパレータ本体46のMEA部材14に向かう面(以下、「表面46a」という)には、発電セル10の長辺方向(矢印B方向)に延在する燃料ガス流路48が設けられている。燃料ガス流路48は、燃料ガス供給連通孔44aと燃料ガス排出連通孔44bとに流体的に連通する。燃料ガス流路48は、アノード電極28に燃料ガスを供給する。
A fuel
燃料ガス流路48は、矢印B方向に延在する複数の流路突起50間に形成された複数の流路溝52を有する。つまり、燃料ガス流路48では、流路突起50と流路溝52とが流路幅方向(矢印C方向)に交互に配置されている。複数の流路突起50と複数の流路溝52は、プレス成形により、第1セパレータ本体46に一体的に設けられている。流路突起50及び流路溝52は、矢印B方向に直線状に延在している。ただし、流路突起50及び流路溝52は、矢印B方向に波状に延在してもよい。
The
図1において、第1セパレータ本体46の表面46aには、反応ガス(酸化剤ガス若しくは燃料ガス)又は冷却媒体である流体の漏出を防止するための第1シール部62が設けられている。第1シール部62は、セパレータ厚さ方向(矢印A方向)から見て、直線状に延在している。ただし、第1シール部62は、セパレータ厚さ方向(積層方向)から見て、波状に延在してもよい。
In FIG. 1, a
第1シール部62は、第1セパレータ本体46をプレス成形することにより横断面が台形状又は矩形状に形成されている。ただし、第1シール部62は、ゴムシールであってもよい。第1シール部62は、複数の第1連通孔シール部64と、第1流路シール部66とを有する。複数の第1連通孔シール部64は、複数の連通孔(酸化剤ガス供給連通孔40a等)を個別に囲む。第1流路シール部66は、第1セパレータ本体46の外周部に設けられている。
The
燃料ガス供給連通孔44aを囲む第1流路シール部66には、燃料ガスを燃料ガス供給連通孔44aから燃料ガス流路48に導くための第1供給ブリッジ68が設けられる。燃料ガス排出連通孔44bを囲む第1流路シール部66には、燃料ガス流路48を流通した燃料ガスを燃料ガス排出連通孔44bに導くための第1排出ブリッジ70が設けられる。
A
第2セパレータ18は、板状の第2セパレータ本体72と多孔質部材74とを備える。第2セパレータ本体72は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第2セパレータ本体72は、表面に防食用の表面処理が施されてもよい。第2セパレータ本体72は、長方形状に形成されている。
The
多孔質部材74は、第2セパレータ本体72のうちカソード電極30に向かう面(以下、「表面72a」という)に接合されている。多孔質部材74は、長方形状に形成されている。多孔質部材74は、金属材料により形成される。多孔質部材74は、3次元の網目構造を有する。多孔質部材74は、酸化剤ガスが流通可能である。
The
多孔質部材74のカソード電極30を向く面74a(第1セパレータ本体46とは反対方向を向く面)には、酸化剤ガス流路76(反応ガス流路)が形成されている。酸化剤ガス流路76は、酸化剤ガス供給連通孔40aと酸化剤ガス排出連通孔40bとに流体的に連通する。酸化剤ガス流路76は、酸化剤ガスをカソード電極30に供給する。
An oxidizing gas flow path 76 (reactive gas flow path) is formed on a
酸化剤ガス流路76は、多孔質部材74の一端(矢印B1方向の端)から他端(矢印B2方向の端)まで延在している。図2において、酸化剤ガス流路76は、横断面が矩形状の溝である。酸化剤ガス流路76の溝底面76aは、多孔質部材74によって形成されている。換言すれば、酸化剤ガス流路76の溝深さは、多孔質部材74の厚さよりも浅い。酸化剤ガス流路76は、例えば、プレス成形により、多孔質部材74に一体に設けられる。
The oxidant
図3に示すように、酸化剤ガス流路76は、多孔質部材74の厚さ方向からの平面視で(矢印A1方向から見て)、蜂の巣形状に形成されている。すなわち、酸化剤ガス流路76は、多孔質部材74の厚さ方向からの平面視で、六角形状に形成された複数の多角形流路部78が互いに接続して形成されている。
As shown in FIG. 3, the oxidant
換言すれば、多孔質部材74のうち多角形流路部78によって囲まれた部分は、多孔質部材74の厚さ方向からの平面視で、六角形状の多角形部80を形成する。多角形部80は、多角形流路部78の形状に対応した形状を有する。多角形部80は、カソード電極30に接触又は近接する(図2参照)。
In other words, the portion of the
本実施形態において、多角形流路部78は、正六角形状に形成されている。ただし、多角形流路部78は、正六角形状に限定されず、正六角形状以外の六角形状に形成されてもよい。また、多角形流路部78は、三角形状、四角形状、五角形状等の六角形状以外の多角形状に形成されてもよい。
In this embodiment, the polygonal
酸化剤ガス流路76は、複数の線状流路82と、複数の分岐流路84と、複数の分岐部86と、複数の合流部88とを有する。各分岐部86は、1つの線状流路82から2つの分岐流路84に分岐する部分である。複数の分岐部86は、第1分岐部86aと第2分岐部86bとを有する。第1分岐部86aと第2分岐部86bとは、酸化剤ガス流路76における酸化剤ガスの流通方向(矢印B2方向)と直交する方向(矢印C方向)に間隔を空けて交互に並んでいる。なお、酸化剤ガスの流通方向とは、第2セパレータ本体72の一端から他端に向かう方向である。換言すれば、酸化剤ガスの流通方向とは、酸化剤ガス流路76の入口端から出口端に向かう方向である。
The oxidant
合流部88は、第1分岐部86aから分岐した2つの分岐流路84のうちの1つと第2分岐部86bから分岐した2つの分岐流路84のうちの1つとが当該第1分岐部86a及び当該第2分岐部86bよりも下流に位置する分岐部86の1つの線状流路82に合流する部分である。複数の分岐部86と複数の合流部88とは、酸化剤ガス流路76の下流に向かって、交互に配置されている。
In the merging
各多角形流路部78は、3つの分岐部86と3つの合流部88とを含む。3つの分岐部86と3つの合流部88は、多角形流路部78の頂点(六角形の頂点)に位置する。また、各多角形流路部78は、4つの分岐流路84と2つの線状流路82とを含む。各多角形部80のうち最も上流側(矢印B1方向)に位置する角部は、2つの分岐流路84の間に位置する分岐壁部90を形成する。分岐壁部90は、線状流路82の延長線上に位置する。
Each polygonal
各分岐部86において、2つの分岐流路84の第1なす角度θ1(分岐壁部90の角度)は、180°よりも小さい。各合流部88において、第1分岐部86aから分岐した分岐流路84と線状流路82との第2なす角度θ2は、180°よりも小さい。また、各合流部88において、第2分岐部86bから分岐した分岐流路84と線状流路82との第3なす角度θ3は、180°よりも小さい。具体的に、第1なす角度θ1、第2なす角度θ2及び第3なす角度θ3の各々は、120°である。
In each
図1において、第2セパレータ本体72の表面72aには、反応ガス(酸化剤ガス若しくは燃料ガス)又は冷却媒体である流体の漏出を防止するための第2シール部92が設けられている。第2シール部92は、セパレータ厚さ方向(矢印A方向)から見て、直線状に延在している。ただし、第2シール部92は、セパレータ厚さ方向(積層方向)から見て、波状に延在してもよい。
In FIG. 1, a
第2シール部92は、第2セパレータ本体72をプレス成形することにより横断面が台形状又は矩形状に形成されている。ただし、第2シール部92は、ゴムシールであってもよい。第2シール部92は、複数の第2連通孔シール部94と、第2流路シール部96とを有する。複数の第2連通孔シール部94は、複数の連通孔(酸化剤ガス供給連通孔40a等)を個別に囲む。第2流路シール部96は、第1セパレータ本体46の外周部に設けられている。
The
酸化剤ガス供給連通孔40aを囲む第2流路シール部96には、酸化剤ガスを酸化剤ガス供給連通孔40aから酸化剤ガス流路76に導くための第2供給ブリッジ98が設けられる。酸化剤ガス排出連通孔40bを囲む第2流路シール部96には、酸化剤ガス流路76を流通した酸化剤ガスを酸化剤ガス排出連通孔40bに導くための第2排出ブリッジ100が設けられる。
A
互いに接合される第1セパレータ本体46の面46bと第2セパレータ本体72の面72bとの間には、冷却媒体供給連通孔42aと冷却媒体排出連通孔42bとに流体的に連通する冷却媒体流路102が形成される。
Between the
このように構成される発電セル10は、以下のように動作する。
The
まず、図1に示すように、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔44aに供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔40aに供給される。冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔42aに供給される。
First, as shown in FIG. 1, fuel gas is supplied to the fuel gas
燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔44aから第1供給ブリッジ68を介して第1セパレータ16の燃料ガス流路48に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路48を矢印B1方向に流れながらMEA20のアノード電極28に供給される。
The fuel gas is introduced into the
一方、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔40aから第2供給ブリッジ98を介して第2セパレータ18の酸化剤ガス流路76に導入される。酸化剤ガス流路76に導入された酸化剤ガスは、複数の線状流路82に流れる。
On the other hand, the oxidizing gas is introduced from the oxidizing gas
図3に示すように、線状流路82に導入された酸化剤ガスは、分岐部86(第1分岐部86a及び第2分岐部86b)において分岐壁部90に当たることにより2つの分岐流路84に分岐される。続いて、第1分岐部86aから分岐した酸化剤ガスと第2分岐部86bから分岐した酸化剤ガスとは、合流部88において線状流路82に合流する。つまり、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路76の下流(矢印B2方向)に向かって、線状流路82及び分岐流路84を交互に流れる。換言すれば、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路76の下流(矢印B2方向)に向かって、分岐部86及び合流部88を交互に流れる。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路76を矢印B2方向に流れながらMEA20のカソード電極30に供給される。
As shown in FIG. 3, the oxidizing gas introduced into the
また、酸化剤ガスは、分岐部86において、多孔質部材74の分岐壁部90から多角形部80の内部に流入する。多角形部80の内部に流入した酸化剤ガスは、多角形部80の内部を流れながらカソード電極30に供給される。これにより、酸化剤ガスは、カソード電極30の全体に均一に供給される。
Further, the oxidant gas flows into the
従って、MEA20では、アノード電極28に供給される燃料ガスと、カソード電極30に供給される酸化剤ガスとが、第1電極触媒層32及び第2電極触媒層36内で電気化学反応により消費される。この結果、発電が行われる。この時、アノード電極28ではプロトンが生成し、このプロトンが電解質膜26内を通りカソード電極30に移動する。一方、カソード電極30では、プロトン、電子、酸化剤ガス中の酸素によって水が生成する。
Therefore, in the
次いで、アノード電極28に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料オフガスとして、燃料ガス流路48から第1排出ブリッジ70を介して燃料ガス排出連通孔44bに排出される。カソード電極30で消費された酸化剤ガスは、酸化剤オフガスとして、酸化剤ガス流路76から第2排出ブリッジ100を介して酸化剤ガス排出連通孔40bに排出される。
Next, the partially consumed fuel gas supplied to the
また、カソード電極30で生成した水(生成水)は、酸化剤オフガスと共に排出される。具体的に、カソード電極30のうち酸化剤ガス流路76を向く部分の生成水は、カソード電極30から酸化剤ガス流路76に直接流れる。一方、カソード電極30のうち多孔質部材74の多角形部80を向く部分の生成水は、多角形部80の内部を通り酸化剤ガス流路76に導かれる。これにより、カソード電極30の一部に生成水が滞留することを抑制できる。
Furthermore, water generated at the cathode electrode 30 (produced water) is discharged together with the oxidant off-gas. Specifically, the generated water in the portion of the
冷却媒体供給連通孔42aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ16と第2セパレータ18との間に形成された冷却媒体流路102に導入される。冷却媒体は、冷却媒体流路102に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、MEA20を冷却した後、冷却媒体排出連通孔42bから排出される。
The coolant supplied to the coolant
本実施形態は、以下の効果を奏する。 This embodiment has the following effects.
本実施形態によれば、第2セパレータ本体72に設けた多孔質部材74に酸化剤ガス流路76を形成しているため、第2セパレータ18を簡単に製造できる。また、酸化剤ガス流路76は、1つの線状流路82が2つの分岐流路84に分岐する複数の分岐部86を有する。そのため、線状流路82を流通する酸化剤ガスは、多孔質部材74のうち2つの分岐流路84の間に位置する壁部(分岐壁部90)に当たることにより、2つの分岐流路84に分かれて流れる。この時、酸化剤ガスは、多孔質部材74の一部である分岐壁部90の内部(多角形部80の内部)を流通してカソード電極30に導かれる。よって、カソード電極30の全体に酸化剤ガスを効率よく供給することができる。さらに、複数の分岐部86の各々から分岐する2つの分岐流路84の第1なす角度θ1が180°よりも小さいため、分岐壁部90による酸化剤ガスの圧損を抑えることができる。従って、酸化剤ガス流路76に沿って酸化剤ガスを下流に円滑に流通させることができる。
According to this embodiment, since the oxidant
酸化剤ガス流路76の溝底面76aは、多孔質部材74によって形成されている。
The
このような構成によれば、第2セパレータ18を一層簡単に製造できる。
According to such a configuration, the
複数の分岐部86は、酸化剤ガス流路76における酸化剤ガスの流通方向と直交する方向に並設された第1分岐部86aと第2分岐部86bとを含む。酸化剤ガス流路76は、第1分岐部86aから分岐した2つの分岐流路84のうちの1つと第2分岐部86bから分岐した2つの分岐流路84のうちの1つとが、当該第1分岐部86a及び当該第2分岐部86bよりも下流に位置する分岐部86の1つの線状流路82に合流する複数の合流部88を有する。複数の合流部88の各々において、2つの分岐流路84の各々と1つの線状流路82とのなす角度(第2なす角度θ2及び第3なす角度θ3)は、180°よりも小さい。
The plurality of
このような構成によれば、酸化剤ガス流路76に沿って酸化剤ガスを下流に向かって一層円滑に流通させることができる。
According to such a configuration, the oxidizing gas can be more smoothly distributed downstream along the oxidizing
複数の分岐部86と複数の合流部88とは、酸化剤ガス流路76の下流に向かって、交互に配置されている。
The plurality of
このような構成によれば、カソード電極30の全体に酸化剤ガスを一層効率よく供給することができる。
According to such a configuration, the oxidant gas can be supplied to the
酸化剤ガス流路76は、多孔質部材74の厚さ方向からの平面視で、六角形状の複数の多角形流路部78が互いに連結して形成されている。複数の分岐部86と複数の合流部88とは、複数の多角形流路部78の各々の頂点に位置する。
The oxidizing
このような構成によれば、簡単な構成により、複数の分岐部86と複数の合流部88とを酸化剤ガス流路76の下流に向かって交互に配置することができる。
According to such a configuration, a plurality of
複数の多角形流路部78の各々は、多孔質部材74の厚さ方向からの平面視で、正六角形状に形成されている。
Each of the plurality of polygonal
このような構成によれば、酸化剤ガス流路76に沿って酸化剤ガスを下流に向かってより一層円滑に流通させることができる。
According to such a configuration, the oxidizing gas can be more smoothly distributed downstream along the oxidizing
多孔質部材74は、3次元の網目構造を有する。
The
このような構成によれば、分岐壁部90の内部に流入した酸化剤ガスをカソード電極30に効率よく導くことができる。
According to such a configuration, the oxidant gas that has flowed into the inside of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
本実施形態は、以下の内容を開示している。 This embodiment discloses the following contents.
上記実施形態は、電解質膜(26)の両側に電極(28、30)が配設された電解質膜・電極構造体(20)に積層される燃料電池用セパレータ(18)であって、板状のセパレータ本体(72)と、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面(72a)に設けられて反応ガスが流通可能な多孔質部材(74)と、を備え、前記多孔質部材のうち前記セパレータ本体とは反対方向を向く面(74a)には、溝状の反応ガス流路(76)が形成され、前記反応ガス流路は、1つの線状流路(82)が2つの分岐流路(84)に分岐する複数の分岐部(86)を有し、前記複数の分岐部の各々から分岐する前記2つの分岐流路のなす角度(θ1)は、180°よりも小さい、燃料電池用セパレータを開示している。 The above embodiment is a fuel cell separator (18) that is laminated on an electrolyte membrane/electrode assembly (20) in which electrodes (28, 30) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (26), and is plate-shaped. a separator main body (72), and a porous member (74) provided on the surface (72a) of the separator main body facing the electrode and through which a reaction gas can flow; A groove-shaped reaction gas flow path (76) is formed on the surface (74a) facing in the opposite direction from the main body, and the reaction gas flow path has one linear flow path (82) divided into two branched flow paths. (84), the angle (θ1) formed by the two branch flow paths branching from each of the plurality of branch parts is smaller than 180°; A separator is disclosed.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記反応ガス流路の溝底面(76a)は、前記多孔質部材によって形成されてもよい。 In the fuel cell separator described above, the groove bottom surface (76a) of the reaction gas flow path may be formed of the porous member.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の分岐部は、前記反応ガス流路における前記反応ガスの流通方向と直交する方向に並設された第1分岐部(86a)と第2分岐部(86b)とを含み、前記反応ガス流路は、前記第1分岐部から分岐した前記2つの分岐流路のうちの1つと前記第2分岐部から分岐した前記2つの分岐流路のうちの1つとが、当該第1分岐部及び当該第2分岐部よりも下流に位置する分岐部の前記1つの線状流路に合流する複数の合流部(88)を有し、前記複数の合流部の各々において、前記2つの分岐流路の各々と前記1つの線状流路とのなす角度(θ2、θ3)は、180°よりも小さくてもよい。 In the above fuel cell separator, the plurality of branch parts include a first branch part (86a) and a second branch part (86b) arranged in parallel in a direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas in the reaction gas flow path. ), the reaction gas flow path includes one of the two branch flow paths branched from the first branch portion and one of the two branch flow paths branched from the second branch portion. has a plurality of merging parts (88) that merge with the one linear flow path of a branch part located downstream of the first branch part and the second branch part, and each of the plurality of merging parts In this case, the angles (θ2, θ3) between each of the two branch channels and the one linear channel may be smaller than 180°.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の分岐部と前記複数の合流部とは、前記反応ガス流路の下流に向かって、交互に配置されてもよい。 In the fuel cell separator described above, the plurality of branch parts and the plurality of merging parts may be arranged alternately toward the downstream of the reaction gas flow path.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記反応ガス流路は、前記多孔質部材の厚さ方向からの平面視で、六角形状の複数の多角形流路部(78)が互いに連結して形成され、前記複数の分岐部と前記複数の合流部とは、前記複数の多角形流路部の各々の頂点に位置してもよい。 In the fuel cell separator described above, the reaction gas flow path is formed by connecting a plurality of hexagonal polygonal flow path portions (78) to each other in a plan view from the thickness direction of the porous member; The plurality of branch parts and the plurality of merging parts may be located at the vertices of each of the plurality of polygonal flow path parts.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の多角形流路部の各々は、前記平面視で、正六角形状に形成されてもよい。 In the fuel cell separator described above, each of the plurality of polygonal flow path portions may be formed in a regular hexagonal shape in the plan view.
上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記多孔質部材は、3次元の網目構造を有してもよい。 In the above fuel cell separator, the porous member may have a three-dimensional network structure.
上記実施形態は、電解質膜と当該電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータ(16、18)と、を備えた発電セルであって、前記一組のセパレータの片方は、上述した燃料電池用セパレータである、発電セルを開示している。 The above embodiment includes an electrolyte membrane/electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a set of separators disposed on both sides of the electrolyte membrane/electrode assembly. (16, 18), and one side of the set of separators is the above-mentioned fuel cell separator.
10…発電セル 16…第1セパレータ
18…第2セパレータ(燃料電池用セパレータ)
20…MEA(電解質膜・電極構造体) 26…電解質膜
28…アノード電極 30…カソード電極
72…第2セパレータ本体(セパレータ本体)
74…多孔質部材 76…酸化剤ガス流路(反応ガス流路)
78…多角形流路部 82…線状流路
84…分岐流路 86…分岐部
86a…第1分岐部 86b…第2分岐部
88…合流部 θ1…第1なす角度
θ2…第2なす角度 θ3…第3なす角度
10...
20... MEA (electrolyte membrane/electrode assembly) 26...
74...
78... Polygonal
Claims (8)
板状のセパレータ本体と、
前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面に設けられて反応ガスが流通可能な多孔質部材と、を備え、
前記多孔質部材のうち前記セパレータ本体とは反対方向を向く面には、溝状の反応ガス流路が形成され、
前記反応ガス流路は、1つの線状流路が2つの分岐流路に分岐する複数の分岐部を有し、
前記複数の分岐部の各々から分岐する前記2つの分岐流路のなす角度は、180°よりも小さい、燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator that is laminated on an electrolyte membrane/electrode structure in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane,
A plate-shaped separator body,
a porous member provided on the surface of the separator body facing the electrode and through which a reactive gas can flow;
A groove-shaped reaction gas flow path is formed on a surface of the porous member facing in a direction opposite to the separator main body,
The reaction gas flow path has a plurality of branch parts where one linear flow path branches into two branch flow paths,
The separator for a fuel cell, wherein the angle formed by the two branch channels branching from each of the plurality of branch portions is smaller than 180°.
前記反応ガス流路の溝底面は、前記多孔質部材によって形成されている、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 1,
A fuel cell separator, wherein the groove bottom surface of the reaction gas flow path is formed of the porous member.
前記複数の分岐部は、前記反応ガス流路における前記反応ガスの流通方向と直交する方向に並設された第1分岐部と第2分岐部とを含み、
前記反応ガス流路は、前記第1分岐部から分岐した前記2つの分岐流路のうちの1つと前記第2分岐部から分岐した前記2つの分岐流路のうちの1つとが、当該第1分岐部及び当該第2分岐部よりも下流に位置する分岐部の前記1つの線状流路に合流する複数の合流部を有し、
前記複数の合流部の各々において、前記2つの分岐流路の各々と前記1つの線状流路とのなす角度は、180°よりも小さい、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 1 or 2,
The plurality of branch parts include a first branch part and a second branch part arranged in parallel in a direction perpendicular to the flow direction of the reaction gas in the reaction gas flow path,
The reaction gas flow path is such that one of the two branch flow paths branched from the first branch portion and one of the two branch flow paths branched from the second branch portion are connected to the first branch flow path. A branch part and a plurality of merging parts that merge with the one linear flow path of a branch part located downstream of the second branch part,
In each of the plurality of merging sections, the angle between each of the two branch channels and the one linear channel is smaller than 180°.
前記複数の分岐部と前記複数の合流部とは、前記反応ガス流路の下流に向かって、交互に配置されている、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 3,
In the fuel cell separator, the plurality of branch parts and the plurality of merging parts are alternately arranged toward the downstream of the reaction gas flow path.
前記反応ガス流路は、前記多孔質部材の厚さ方向からの平面視で、六角形状の複数の多角形流路部が互いに連結して形成され、
前記複数の分岐部と前記複数の合流部とは、前記複数の多角形流路部の各々の頂点に位置する、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 4,
The reaction gas flow path is formed by a plurality of hexagonal polygonal flow path portions connected to each other when viewed from above in the thickness direction of the porous member,
In the fuel cell separator, the plurality of branch parts and the plurality of merging parts are located at the vertices of each of the plurality of polygonal flow path parts.
前記複数の多角形流路部の各々は、前記平面視で、正六角形状に形成されている、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 5,
In the fuel cell separator, each of the plurality of polygonal flow path portions is formed in a regular hexagonal shape when viewed from above.
前記多孔質部材は、3次元の網目構造を有する、燃料電池用セパレータ。 The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6,
The porous member is a fuel cell separator having a three-dimensional network structure.
前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータと、を備えた発電セルであって、
前記一組のセパレータの片方は、請求項1~7のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータである、発電セル。 an electrolyte membrane/electrode structure having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A power generation cell comprising a set of separators disposed on both sides of the electrolyte membrane/electrode structure,
A power generation cell, wherein one of the set of separators is a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7.
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