JP3081613B1 - Fuel cell device - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
【要約】
【課題】 燃料ガス或いは酸化剤ガスを均一に供給する
ことのできる燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】 電解質体１１及び該電解質体１１の両面
に接合された一対の電極１２，１３からなる単位セル１
０と、前記一対の電極１２，１３の外側に各々配置さ
れ、且つ前記電極に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給す
るためのガス流路溝２４１，２５１が電極と対向して設
けられた一対のセパレータ２０，２０と、前記単位セル
１０の外周部をシールするために該単位セル１０と前記
一対のセパレータ２４１，２５１の夫々との間に設けら
れたシール材３１，３２と、を備え、少なくとも一方の
セパレータ２０は、前記ガス流路溝２５１が前記シール
材３１ａよりもガス流れ方向の下流側に延設されてなる
延長溝２５１ａを備えることを特徴とする。An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of uniformly supplying a fuel gas or an oxidizing gas. A unit cell comprising an electrolyte body and a pair of electrodes joined to both surfaces of the electrolyte body.
0 and a pair of gas passage grooves 241 and 251 respectively disposed outside the pair of electrodes 12 and 13 and for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to the electrodes. Separators 20 and 20, and sealing materials 31 and 32 provided between the unit cell 10 and each of the pair of separators 241 and 251 to seal the outer peripheral portion of the unit cell 10; One separator 20 is characterized in that it has an extension groove 251a in which the gas flow channel groove 251 extends downstream of the sealing material 31a in the gas flow direction.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に係り、特
に、ガス流路の水詰まりによるガス流れの阻害を抑制す
るための技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a technique for suppressing gas flow obstruction due to clogging of a gas flow path.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、扁平形状を有する電解質体
の二主面に夫々カソード及びアノードの一対の電極が接
合されて単位セルが構成される。カソードの外側には、
酸化剤ガス流路溝が形成されたセパレータが当該酸化剤
ガス流路溝をカソード側として配置され、アノードの外
側には、燃料ガス流路溝が形成されたセパレータが当該
燃料ガス流路溝をアノード側として配置される。このよ
うな構成の積層体が多数積層されて実際の発電装置とさ
れている。そして、運転時には、前記酸化剤ガス流路溝
及び燃料ガス流路溝に夫々酸化剤ガス及び燃料ガスが供
給されることにより発電を生じる。2. Description of the Related Art In a fuel cell, a pair of electrodes, a cathode and an anode, are respectively joined to two main surfaces of an electrolyte body having a flat shape to form a unit cell. Outside the cathode,
The separator in which the oxidizing gas flow channel is formed is disposed with the oxidizing gas flow channel being the cathode side, and the separator in which the fuel gas flow channel is formed is located outside the anode. It is arranged as the anode side. Many stacked bodies having such a configuration are stacked to form an actual power generation device. During operation, power is generated by supplying an oxidizing gas and a fuel gas to the oxidizing gas passage groove and the fuel gas passage groove, respectively.
【０００３】図６は、電解質体として固体高分子膜を用
いた従来の燃料電池の構成を説明するための分解斜視図
である。また、図７は燃料電池装置の全体構成を示す斜
視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view for explaining the structure of a conventional fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte body. FIG. 7 is a perspective view showing the overall configuration of the fuel cell device.
【０００４】図６を参照して、燃料電池１は、固体高分
子電解質膜１１の一方の面にカソード１２、他方の面に
アノード１３（図６では固体高分子電解質膜１１の背面
にあって見えない）が接合された単位セル１０と、酸化
剤ガス流路溝２４１及び燃料ガス流路溝２５１が形成さ
れたセパレータ２０とが、ガスケット３１，３２を介し
て積層されて構成されている。Referring to FIG. 6, a fuel cell 1 has a cathode 12 on one side of a solid polymer electrolyte membrane 11 and an anode 13 on the other side (in FIG. (Not visible) and the separator 20 in which the oxidizing gas passage groove 241 and the fuel gas passage groove 251 are formed are laminated via gaskets 31 and 32.
【０００５】セパレータ２０は単位セル１０に対して燃
料ガス流れ方向の下流側へ延長された形状を有してお
り、最下流部には未使用の燃料ガスを排出するための排
出口２１３を有している。ガスケット３１，３２もセパ
レータ２０と同様の形状を有しており、単位セル１０の
四辺をシールするために横桟３１ａ，３２ａが付加され
ている。[0005] The separator 20 has a shape extending to the downstream side in the fuel gas flow direction with respect to the unit cell 10, and has a discharge port 213 for discharging unused fuel gas at the most downstream portion. doing. The gaskets 31 and 32 also have the same shape as the separator 20, and have horizontal rails 31 a and 32 a for sealing four sides of the unit cell 10.
【０００６】セパレータ２０の上端コーナー部には、燃
料ガス供給用のマニホールド孔２１１ａ，２１１ｂ、水
供給用のマニホールド孔２１２ａ，２１２ｂが開設され
ており、燃料ガスと同時に水を燃料ガス流路溝２５１に
供給できる構成とされている。[0006] At the upper end corner portion of the separator 20, manifold holes 211a and 211b for supplying fuel gas and manifold holes 212a and 212b for supplying water are opened. It can be supplied to
【０００７】図７を参照して、燃料として例えば水素が
水素ボンベ２から燃料電池１の燃料ガス供給用のマニホ
ールド孔２１１ａ，２１１ｂに供給され、一方、水は、
ポンプ３を駆動させることによって、気液分離タンク４
から熱交換器５を経由して燃料電池１の水供給用のマニ
ホールド孔２１２ａ，２１２ｂに供給される。そして、
燃料と水が混合された状態で各セパレータ２０の燃料ガ
ス流路溝２５１に供給される。Referring to FIG. 7, for example, hydrogen as fuel is supplied from hydrogen cylinder 2 to manifold holes 211a and 211b for supplying fuel gas of fuel cell 1, while water is
By driving the pump 3, the gas-liquid separation tank 4
Is supplied to the water supply manifold holes 212a and 212b of the fuel cell 1 through the heat exchanger 5. And
The fuel and water are supplied to the fuel gas channel grooves 251 of each separator 20 in a mixed state.
【０００８】燃料及び水は、燃料ガス流路溝２５１を通
過しながら、アノード１３に水素を供給すると共に固体
高分子電解質膜１１を加湿し、排出口２１３から燃料電
池１の外に排出される。Fuel and water supply hydrogen to the anode 13 and humidify the solid polymer electrolyte membrane 11 while passing through the fuel gas flow channel groove 251, and are discharged out of the fuel cell 1 through the outlet 213. .
【０００９】また、酸化剤として空気がファン（不図
示）から燃料電池１に送り込まれる。そして、酸化剤ガ
ス流路溝２４１を通過しながらカソード１２に酸素を供
給し、燃料電池１から排出される。In addition, air as an oxidant is sent into the fuel cell 1 from a fan (not shown). Then, oxygen is supplied to the cathode 12 while passing through the oxidizing gas channel groove 241, and is discharged from the fuel cell 1.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
燃料電池装置においては、燃料ガスと水の混合物が幅狭
の燃料ガス流路溝２５１内を流れるので流路溝途中で水
が滞留してしまい、これにより流路に水詰まりが生じて
ガスの流通が阻害されてしまう。そして斯様にガスの流
通が阻害されるとアノードに対する燃料の供給が不均一
になり、電池電圧が低下してしまう。By the way, in the above-mentioned conventional fuel cell device, the mixture of fuel gas and water flows in the narrow fuel gas passage groove 251 so that water stays in the middle of the passage groove. As a result, the flow path is clogged with water and the flow of gas is hindered. If the gas flow is hindered, the fuel supply to the anode becomes uneven, and the battery voltage drops.
【００１１】通常、燃料ガス流路溝２５１内の水を排出
し易くするため、当該流路溝２５１が鉛直方向に走るよ
うに電池を配置して運転するが、水の滞留を十分に解消
するには到らない。Usually, in order to easily discharge the water in the fuel gas flow channel groove 251, the battery is arranged and operated so that the flow channel groove 251 runs in the vertical direction. Does not reach.
【００１２】一方、供給する水或いは供給する燃料ガス
の圧力を大きくして、流路溝２５１内の流速を上げるこ
とにより流路の水詰まりを解消する方法も考えられる
が、この方法では高圧化のための装置が別途必要になる
し、コストが嵩んでしまうことにもなるので、特に、携
帯用などコンパクトなシステムを実現する上で望ましい
とは言えない。On the other hand, a method of eliminating the water clogging of the flow path by increasing the pressure of the supplied water or the supplied fuel gas to increase the flow velocity in the flow path groove 251 can be considered. However, it is not desirable to realize a compact system such as a portable system, since a separate device is required and the cost increases.
【００１３】このような課題は、上記のように燃料ガス
と同時に水を供給するタイプのものに限らず、水中にバ
ブリングして加湿された燃料ガスを用いて発電するタイ
プの場合にも同様に発生する課題である。或いはメタノ
ール水溶液を気化することによって得られる水分を含有
するメタノールガスを燃料ガスとして使用する場合にも
同様の課題が発生する。[0013] Such a problem is not limited to the type in which water is supplied simultaneously with the fuel gas as described above, but also in the case of a type in which power is generated by using humidified fuel gas by bubbling in water. This is an issue that arises. Alternatively, a similar problem occurs when a methanol gas containing water obtained by vaporizing a methanol aqueous solution is used as a fuel gas.
【００１４】さらに、このような課題はアノード側だけ
でなくカソード側でも同様に発生する。即ち、カソード
側では燃料電池内の反応によって反応生成水が生じ、こ
の反応生成水により酸化剤ガス流路の水詰まりが生じる
結果カソードに対する酸化剤ガスの供給が不均一にな
り、電池電圧が低下してしまう。斯かるカソード側での
水詰まりは、電解質体として固体高分子膜を用いた場合
に限らず他の電解質体を用いた場合にあっても同様に発
生する。Further, such a problem similarly occurs not only on the anode side but also on the cathode side. That is, on the cathode side, reaction product water is generated by a reaction in the fuel cell, and the reaction product water causes clogging of the oxidant gas flow path. As a result, the supply of the oxidant gas to the cathode becomes uneven, and the cell voltage decreases. Resulting in. Such water clogging on the cathode side is not limited to the case where a solid polymer film is used as an electrolyte body, and similarly occurs when another electrolyte body is used.
【００１５】そこで、本発明は、斯かる課題を解決し、
燃料ガス或いは酸化剤ガスを均一に供給することがで
き、電池電圧特性の低下を抑制することのできる燃料電
池装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention solves such a problem,
It is an object of the present invention to provide a fuel cell device capable of uniformly supplying a fuel gas or an oxidizing gas and suppressing a decrease in battery voltage characteristics.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明燃料電池装置は、電解質体及び該電解質体の両
面に接合された一対の電極からなる単位セルと、前記一
対の電極の外側に各々配置され、且つ前記電極に燃料ガ
スまたは酸化剤ガスを供給するためのガス流路溝が電極
と対向して設けられた一対のセパレータと、前記単位セ
ルの外周部をシールするために該単位セルと前記一対の
セパレータの夫々との間に設けられたシール材と、を備
え、少なくとも一方のセパレータは、前記ガス流路溝が
前記シール材よりもガス流れ方向の下流側に延設されて
なる延長溝を備えることを特徴とし、前記延長溝を備え
るセパレータは、当該セパレータに形成されたガス流路
溝が、ガス流れ方向を重力方向下方側として配設されて
いることを特徴とする。In order to achieve the above object, a fuel cell device according to the present invention comprises a unit cell comprising an electrolyte body and a pair of electrodes joined to both surfaces of the electrolyte body; And a pair of separators provided with a gas flow channel for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to the electrode, and a pair of separators provided to face the electrode, and for sealing an outer peripheral portion of the unit cell. A sealing material provided between the unit cell and each of the pair of separators, and at least one of the separators has the gas flow channel groove extending downstream of the sealing material in the gas flow direction. A separator provided with the extension groove, wherein a gas flow channel groove formed in the separator is arranged such that a gas flow direction is a lower side in a gravity direction. That.
【００１７】また、前記延長溝の上方にガス流通空間を
有することを特徴とする。Further, a gas flow space is provided above the extension groove.
【００１８】さらに、前記延長溝は、当該延長溝の最下
流端に滞留する水が、前記シール材に接しない長さに調
整されていることを特徴とする。Further, the length of the extension groove is adjusted so that water staying at the most downstream end of the extension groove does not contact the seal material.
【００１９】加えて、ガス流れ方向の最下流部における
前記延長溝間のリブ面が、他の部分におけるリブ面より
も低くせしめられていることを特徴とし、前記延長溝の
最下流部に接して吸水材が設けられていることを特徴と
する。In addition, the rib surface between the extension grooves at the most downstream portion in the gas flow direction is made lower than the rib surface at the other portion, and the rib surface is in contact with the most downstream portion of the extension groove. And a water absorbing material is provided.
【００２０】さらには、前記電解質体が固体高分子膜か
らなり、且つ前記延長溝を備えるセパレータが、水分が
供給される側のセパレータであることを特徴とする。Further, the separator is formed of a solid polymer membrane, and the separator provided with the extension groove is a separator to which water is supplied.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below.
【００２２】本発明者らは、まず、燃料電池のセパレー
タにおける水詰まりのメカニズムを解明するべく実験と
研究を重ねた。まず、セパレータ２０のガス流路溝２５
１を有する面に、ガスケット３１を介して単位セル１０
を接合し、これをガス流路溝２５１が鉛直方向となるよ
うに支持して上方より水を５cc以上供給し、溝内におけ
る水溜まり状態を目視で観察した。この結果を図１に示
す断面図を参照して説明すると、水は溝２５１の途中で
は殆ど滞留せず、溝２５１の最下流部（最下端部）にお
いてガス流路溝２５１の底面とガスケット３１の横桟３
１ａとの間に溜まり、複数本のガス流路溝２５１のうち
の数本が水により完全に塞がれていた。The present inventors first conducted experiments and studies to elucidate the mechanism of water clogging in a fuel cell separator. First, the gas passage groove 25 of the separator 20
1 on the surface having the unit cell 10 via the gasket 31.
And the gas flow channel 251 was supported so that the gas flow channel 251 was in the vertical direction, and 5 cc or more of water was supplied from above, and the state of water accumulation in the channel was visually observed. The result will be described with reference to the cross-sectional view shown in FIG. 1. Water hardly stays in the middle of the groove 251, and the bottom surface of the gas passage groove 251 and the gasket 31 at the most downstream part (lowest lower end) of the groove 251. Crossbar 3
1a, several of the gas flow grooves 251 were completely blocked by water.
【００２３】従って、従来においては、ガス流路溝２５
１の最下流部が単位セル１０をシールするための横桟３
１ａと略同じ位置関係にあるために、複数本のガス流路
溝２５１のうちの数本が水によって完全に塞がれた状態
となりガスの流通が阻害されていたものと考えられる。Therefore, conventionally, the gas flow channel 25
1 is a horizontal rail 3 for sealing the unit cell 10 at the most downstream part.
It is probable that several of the gas flow grooves 251 were completely blocked by water because of the same positional relationship as 1a, and the gas flow was hindered.
【００２４】そこで、本発明にあっては、図２の断面図
に示す如くガス流路溝２５１を横桟３１ａよりも下流側
にまで延在させてなる延長溝２５１ａを設けた。斯かる
構成によれば、同図に示す如く延長溝２５１ａの最下流
部に水が溜まるものの、当該最下流部と横桟３１ａとの
間の距離が離れており、延長溝２５１ａの上方には空間
が存在するために、この空間を通って図中矢印で示す如
くガスが流通することができる。従って、従来に比べ流
路の水詰まりがガス流れに及ぼす影響を低減でき、各ガ
ス流路溝におけるガスの流れを均一なものとすることが
できる。尚、前記延長溝２５１ａは、当該延長溝２５１
ａの最下流端に滞留する水が、前記シール材に接しない
長さに調整されていることが好ましい。Therefore, in the present invention, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, an extension groove 251a is provided in which the gas flow channel groove 251 extends to the downstream side of the horizontal rail 31a. According to such a configuration, although water accumulates at the most downstream part of the extension groove 251a as shown in the figure, the distance between the most downstream part and the horizontal rail 31a is large, and the upper part of the extension groove 251a is located above the extension groove 251a. Since there is a space, gas can flow through this space as shown by the arrow in the figure. Therefore, the influence of the water clogging of the flow path on the gas flow can be reduced as compared with the related art, and the gas flow in each gas flow path groove can be made uniform. Note that the extension groove 251a is
It is preferable that the water staying at the most downstream end of “a” is adjusted to a length that does not contact the sealing material.
【００２５】また、図３の平面図に示す如く、延長溝２
５１ａの最下流部において、当該延長溝２５１ａ間に存
在するリブ面Ａの高さを低くするとさらに好ましい効果
が得られる。斯かる構成によれば、低いリブ面Ａ’の上
部にガス流路溝２５１同士を連通させる連続空間が形成
されるため、この連続空間を介してガスが流通すること
となり、水詰まりの影響を抑制できる。従って、各ガス
流路溝２５１に流れるガスの流れをさらに均一なものと
することが可能となる。尚、同図には参考までにガスケ
ットの横桟３１ａの位置を破線で示している。また、最
下流部におけるリブ面の高さを完全になくし、平坦面と
しても同様の効果を奏することはいうまでもない。斯か
る構成も本発明の技術範囲に含まれる。Further, as shown in the plan view of FIG.
In the most downstream part of 51a, a more preferable effect can be obtained by reducing the height of the rib surface A existing between the extension grooves 251a. According to such a configuration, since a continuous space that allows the gas flow grooves 251 to communicate with each other is formed above the low rib surface A ′, gas flows through this continuous space, and the influence of water clogging is reduced. Can be suppressed. Therefore, it is possible to make the flow of the gas flowing in each gas flow channel 251 more uniform. In this figure, the position of the horizontal rail 31a of the gasket is shown by a broken line for reference. Needless to say, the same effect can be obtained even when the height of the rib surface at the most downstream portion is completely eliminated and a flat surface is used. Such a configuration is also included in the technical scope of the present invention.
【００２６】さらに、図４の断面図に示す如く、前記延
長溝２５１ａの最下流部に接して吸水材Ｂを設けると、
延長部２５１ａの最下流部に滞留する水をこの吸水材Ｂ
により吸水することができるので、さらに好ましい効果
が得られる。斯かる吸水材Ｂは、例えばポリエステル、
ポリエチレンテレフタレート、レーヨン、レーヨン／ポ
リエチレンテレフタレート、ナイロン／ポリエチレンテ
レフタレート、レーヨン／ポリクラールの何れかを主成
分とする上記織布、不織布又はフェルト等の材料を用い
て構成することができる。Further, as shown in the sectional view of FIG. 4, when a water absorbing material B is provided in contact with the most downstream portion of the extension groove 251a,
The water staying at the most downstream part of the extension part 251a is removed by the water absorbing material B.
Can absorb water, and thus a more favorable effect can be obtained. Such a water absorbing material B is, for example, polyester,
It can be constituted by using a material such as the above-mentioned woven fabric, non-woven fabric or felt mainly containing any of polyethylene terephthalate, rayon, rayon / polyethylene terephthalate, nylon / polyethylene terephthalate and rayon / polychloral.
【００２７】尚、上記構成のガス流路溝を備えるセパレ
ータは、カソード側及びアノード側のいずれに用いても
良い。カソード側に用いると、カソード側で生成される
反応生成水による水詰まりの影響を低減することができ
る。The separator having the above-described gas channel groove may be used on either the cathode side or the anode side. When used on the cathode side, the effect of water clogging due to reaction water generated on the cathode side can be reduced.
【００２８】また、電解質体として固体高分子膜以外の
他の電解質体を用いた燃料電池においても、上記構成の
セパレータをカソード側に備えることで、カソード側で
生成される反応生成水による水詰まりの影響を低減する
ことができる。Also, in a fuel cell using an electrolyte body other than the solid polymer membrane as the electrolyte body, by providing the separator having the above structure on the cathode side, water clogging due to reaction water generated on the cathode side. Can be reduced.
【００２９】さらに、固体高分子電解質膜を用いた燃料
電池のように、電解質膜を加湿するための水分をガスと
共に供給する場合にあっては、水分が供給される側のセ
パレータに上記セパレータを用いると良い。例えば燃料
と共に水分を供給する場合には、アノード側に上記セパ
レータを用いると良い。また、酸化材ガスと共に水分を
供給する場合には、カソード側に上記セパレータを用い
ると良い。いずれの場合においても、電解質膜を加湿す
るための水分により生じるガス流路の水詰まりの影響を
従来に比べて低減することができる。Further, in the case where water for humidifying the electrolyte membrane is supplied together with the gas as in a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane, the above separator is used as the separator to which the moisture is supplied. Good to use. For example, when supplying moisture together with fuel, the above separator may be used on the anode side. When water is supplied together with the oxidizing gas, the separator is preferably used on the cathode side. In any case, the effect of water clogging of the gas flow path caused by moisture for humidifying the electrolyte membrane can be reduced as compared with the related art.
【００３０】加えて、メタノール水溶液を気化すること
によって得られる水分を含有するメタノールガスを燃料
ガスとして使用する場合にも、当該メタノールガスが供
給される側のセパレータに上記セパレータを用いると良
い。斯かる場合にも、メタノールガス中に含まれる水分
が凝集してガス流路溝中に溜まることによる影響を抑制
することができる。In addition, when a methanol gas containing water obtained by vaporizing an aqueous methanol solution is used as a fuel gas, the above separator is preferably used as the separator to which the methanol gas is supplied. In such a case as well, it is possible to suppress the effect of the water contained in the methanol gas aggregating and accumulating in the gas channel groove.
【００３１】さらには、本発明にあっては上記構成のセ
パレータは、当該セパレータに形成されたガス流路溝
が、ガス流れ方向を重力方向下方側として配設されてい
ることが好ましい。斯様にセパレータを配設することに
よって、重力の効果により水詰まりの影響を一層低減す
ることができる。尚、この場合において上記セパレータ
は、必ずしも当該セパレータに形成されたガス流路溝が
鉛直方向となるように配設される必要はなく、斜め方向
に配設されていても良い。この場合においても、ガス流
れ方向が重力方向下方側とされていれば同様の効果が生
じる。Further, in the present invention, in the separator having the above structure, it is preferable that the gas flow channel formed in the separator is disposed such that the gas flow direction is on the lower side in the direction of gravity. By disposing the separator in this manner, the effect of water clogging can be further reduced by the effect of gravity. In this case, the separator does not necessarily need to be disposed so that the gas passage groove formed in the separator is in a vertical direction, and may be disposed in an oblique direction. In this case as well, the same effect can be obtained if the gas flow direction is on the lower side in the direction of gravity.
【００３２】（実施例）上記図２及び図４に示すセパレ
ータを用いて燃料電池装置を作製し、これを実施例１及
び２の燃料電池装置とした。また、図１（図６）に示す
従来構造のセパレータを用いた燃料電池装置を作製し、
これを比較例の燃料電池装置とした。主な仕様は以下に
示す通りである。 ・電極面積：１００ｃｍ2 ・電解質膜：パーフルオロカーボンスルホン酸膜 ・アノード：白金担持カーボン ・カソード：白金担持カーボン ・単位セル積層数：６０ そして、これら実施例１，２及び比較例の燃料電池装置
を以下の条件で稼動したときに発生する電圧の経時変化
を測定した。この結果を図５の特性図に示す。 ・電流密度：０．４Ａ／ｃｍ2 ・燃料：水素 ・酸化剤：空気 ・燃料利用率：９５％ ・酸化剤利用率：２０％ 図５に示す如く、比較例の燃料電池装置にあっては短時
間で電圧が低下するのに比べ、本実施例装置にあっては
電圧の経時的な低下を抑制でき、長時間運転後において
も高い電圧を得られることが分った。これは、前述の通
りガス流路溝内における水詰まりの影響を低減できたこ
とによるものと考えられる。(Example) A fuel cell device was manufactured using the separators shown in FIGS. 2 and 4 and used as fuel cell devices of Examples 1 and 2. Further, a fuel cell device using the separator having the conventional structure shown in FIG.
This was used as the fuel cell device of the comparative example. The main specifications are as shown below.・ Electrode area: 100 cm 2・ Electrolyte membrane: perfluorocarbon sulfonic acid membrane ・ Anode: Platinum-supported carbon ・ Cathode: Platinum-supported carbon ・ Number of unit cells stacked: 60 The change with time of the voltage generated when the device was operated under the following conditions was measured. The results are shown in the characteristic diagram of FIG.・ Current density: 0.4 A / cm 2・ Fuel: hydrogen ・ Oxidant: air ・ Fuel utilization rate: 95% ・ Oxidant utilization rate: 20% As shown in FIG. 5, in the fuel cell device of the comparative example, Compared to the voltage drop in a short time, in the device of this example, it was found that the voltage could be suppressed from dropping with time, and a high voltage could be obtained even after long-time operation. This is considered to be because the influence of water clogging in the gas flow channel was reduced as described above.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも一方のセパレータは、ガス流路溝がシール材よ
りもガス流れ方向の下流側に延設されてなる延長溝を備
えるので、ガス流路溝の最下流端に水が滞留してもガス
の通路が確保され、各ガス流路溝に流通するガスの流れ
を従来に比べ均一なものとすることができる。従って、
本発明によれば電池特性の向上した燃料電池を提供する
ことが可能となる。As described above, according to the present invention, at least one of the separators is provided with an extension groove in which the gas passage groove extends downstream of the sealing material in the gas flow direction. Even if water stays at the most downstream end of the flow channel, a gas passage is ensured, and the flow of gas flowing through each gas flow channel can be made more uniform than before. Therefore,
According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell having improved cell characteristics.
【図１】 水詰まりが生じる原因を説明するための断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a cause of water clogging.
【図２】 本発明燃料電池装置で用いるセパレータの構
成を説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a separator used in the fuel cell device of the present invention.
【図３】 本発明燃料電池装置で用いる別のセパレータ
の構成を説明するための平面図である。FIG. 3 is a plan view for explaining a configuration of another separator used in the fuel cell device of the present invention.
【図４】 本発明燃料電池装置で用いる他のセパレータ
の構成を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of another separator used in the fuel cell device of the present invention.
【図５】 実施例及び比較例に係る燃料電池装置の電圧
特性を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating voltage characteristics of the fuel cell devices according to the example and the comparative example.
【図６】 従来の燃料電池の分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional fuel cell.
【図７】 従来の燃料電池装置の全体構成を示す斜視図
である。FIG. 7 is a perspective view showing the overall configuration of a conventional fuel cell device.
１…燃料電池、１０…単位セル、１１…固体高分子電解
質膜、１２…カソード、２０…セパレータ、３１，３２
…ガスケット、３１ａ…横桟、２４１…酸化剤ガス流路
溝、２５１…燃料ガス流路溝、Ａ…リブ面、Ａ’…低い
リブ面、Ｂ…吸水材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 10 ... Unit cell, 11 ... Solid polymer electrolyte membrane, 12 ... Cathode, 20 ... Separator, 31, 32
... gasket, 31a ... horizontal rail, 241 ... oxidizing gas passage groove, 251 ... fuel gas passage groove, A ... rib surface, A '... low rib surface, B ... water absorbing material
フロントページの続き (72)発明者 唐金 光雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 濱田 陽 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−108278（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 Continued on the front page (72) Mitsuo Karane 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yo Yo Hamada 2-5-2-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka (56) References JP-A-59-108278 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (7)
れた一対の電極からなる単位セルと、前記一対の電極の
外側に各々配置され、且つ前記電極に燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給するためのガス流路溝が電極と対向して
設けられた一対のセパレータと、前記単位セルの外周部
をシールするために該単位セルと前記一対のセパレータ
の夫々との間に設けられたシール材と、を備え、 少なくとも一方のセパレータは、前記ガス流路溝が前記
シール材よりもガス流れ方向の下流側に延設されてなる
延長溝を備えることを特徴とする燃料電池装置。1. A unit cell comprising an electrolyte body and a pair of electrodes joined to both surfaces of the electrolyte body, and a fuel cell or an oxidizing gas which is arranged outside the pair of electrodes and is supplied to the electrodes. A pair of separators provided with gas passage grooves for facing the electrodes, and a sealing material provided between each of the unit cells and the pair of separators to seal an outer peripheral portion of the unit cells The fuel cell device according to claim 1, wherein at least one of the separators includes an extension groove in which the gas passage groove extends downstream of the seal material in the gas flow direction.
セパレータに形成されたガス流路溝が、ガス流れ方向を
重力方向下方側として配設されていることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池装置。2. The fuel according to claim 1, wherein in the separator having the extension groove, a gas flow channel groove formed in the separator is disposed such that a gas flow direction is on a lower side in a gravity direction. Battery device.
ることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池装
置。3. The fuel cell device according to claim 1, wherein a gas flow space is provided above the extension groove.
滞留する水が、前記シール材に接しない長さに調整され
ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載の燃料電池装置。4. The extension groove according to claim 1, wherein the length of the water remaining at the most downstream end of the extension groove is adjusted so as not to contact the sealing material. The fuel cell device according to claim 1.
長溝間のリブ面が、他の部分におけるリブ面よりも低く
せしめられていることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の燃料電池装置。5. The rib surface between the extension grooves at the most downstream portion in the gas flow direction is lower than the rib surfaces at other portions. Fuel cell device.
設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の燃料電池装置。6. The fuel cell device according to claim 1, wherein a water absorbing material is provided in contact with a most downstream portion of the extension groove.
且つ前記延長溝を備えるセパレータが、水分が供給され
る側のセパレータであることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれかに記載の燃料電池装置。7. The electrolyte body comprises a solid polymer membrane,
The fuel cell device according to any one of claims 1 to 6, wherein the separator provided with the extension groove is a separator to which moisture is supplied.
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