JP3980194B2

JP3980194B2 - Fuel cell

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Publication number: JP3980194B2
Application number: JP25718898A
Authority: JP
Inventors: 祐一郎小坂; 征治鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: JP2000090947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータとを備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されており、通常、前記単位燃料電池セルと前記セパレータとを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、通常、触媒電極層（電極面）に導電性を有する多孔質層、例えば、多孔質カーボンペーパがセパレータにより挟持されるとともに、各セパレータの互いに対向する面には、均一な幅寸法に設定された１本または複数本のガス流路が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成では、ガス流路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスがセパレータの面内で消費されるため、このガス流路の出口付近における単位面積当たりの反応分子数が該ガス流路の入口側に比べて減少してしまう。これにより、電極面内での反応が不均一になり、セル性能が不安定になるという問題が指摘されている。
【０００６】
さらに、ガス流路内には、凝結水分や反応によって生成された水分が、液体（水）の状態で存在することがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下してしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。
【０００７】
そこで、例えば、特開平６−２６７５６４号公報に開示されているように、アノード極に燃料を供給する燃料流路を有した燃料配流板と、カソード極に酸化剤を供給する酸化剤流路を有した酸化剤配流板とを具備し、前記酸化剤配流板の酸化剤流路の深さあるいは幅の少なくともいずれかを酸化剤の上流流路域から下流流路域に沿って徐々に小さくした燃料電池が知られている。
【０００８】
ところが、上記の従来技術では、酸化剤流路の上流流路域の深さが大きくなってセパレータ自体が相当に肉厚なものとなってしまう。これにより、燃料電池全体の小型化が容易に遂行されないという問題が指摘されている。しかも、ガス流路の上流から下流に向かって深さを徐々に小さくする加工作業が、極めて煩雑なものになるという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、良好なガス拡散性および排水性を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池では、単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータが、アノード側電極およびカソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する第１および第２ガス流路を有するとともに、少なくともこの第１または第２ガス流路が、ガス入口側からガス出口側に重力方向に蛇行して連なる主流路溝と、このガス入口側から重力方向に直線的に設けられて前記主流路溝に合流する補助流路溝とを備えている。
【００１１】
このため、ガス入口側からガス出口側に向かって主流路溝を流れるガスが消費される際、この主流路溝に合流する補助流路溝からガスが供給され、前記主流路溝でのガス流速の減少を有効に阻止することができる。従って、主流路溝でガスが加速され、ガス流速が速くなって排水性を確実に向上させることが可能になる。しかも、第１または第２セパレータの面内におけるガスの圧損を低減し得るとともに、補助流路溝を流れるガスが反応して前記第１または第２セパレータの面内における反応面積の増加を図ることができる。
【００１２】
ここで、本発明では、補助流路溝がガス入口側に連通する直線部位と、この直線部位の途上からそれぞれ分岐して湾曲し、主流路溝の屈曲部に連通する複数の合流部位とを備えている。このため、補助流路溝を流れるガスの流速が低下することを有効に阻止して、主流路溝の各屈曲部に所望の流速でガスを円滑に供給することができる。
【００１３】
また、補助流路溝が、ガス入口側に連通する直線部位と、この直線部位の終端に連続して湾曲し、主流路溝の屈曲部に連通する合流部位とを備えるとともに、前記補助流路溝が複数本設けられている。従って、各補助流路溝から主流路溝に加速されたガスを確実に供給することができ、この主流路溝内での排水性を向上させることが可能になる。
【００１４】
さらに、主流路溝がガス入口側の溝本数をガス出口側の溝本数よりも多く設定されている。これにより、ガスの消費に伴って溝本数が減少するため、ガス出口側の単位面積当たりの反応分子数がガス入口側に比べて減少することがなく、電極面内での反応の均一化を図ることができる。
【００１５】
さらにまた、本発明では、重力方向に向かう少なくとも第１または第２ガス流路が、セパレータ面内において、第１および第２セパレータの上部側のガス入口側から下方向に向かって面方向一側部側に傾斜した後、屈曲して下方向に向かって面方向他側部側に傾斜して前記第１および第２セパレータの下部側のガス出口側に連なる流路溝を備えている。従って、第１または第２ガス流路を、セパレータ面内に対し電極面に沿って設けるとともに、流路溝が下方向に向かって傾斜しており、前記流路溝内の生成水が重力の作用下にガス出口側に自由落下する。これにより、流路溝内の生成水の排出性が大幅に向上する。
【００１６】
ここで、流路溝が第１または第２セパレータの面中央部から面方向両側部側に向かって多列に配置されている。このため、電極面に対してガスを均一かつ確実に供給することが可能になる。
【００１７】
また、本発明では、第１または第２ガス流路が、セパレータ面内において、横方向に分割されかつ単一の第１のガス入口側から２つの第１のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備えるとともに、前記第２または第１ガス流路は、前記セパレータ面内において、横方向に分割されかつ２つの第２のガス入口側から単一の第２のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備えている。これにより、ガス入口側からガス出口側に至る各流路溝の溝長さを一挙に短尺化することができ、前記流路溝内で生成される水の排出性が大幅に向上する。しかも、各流路溝の溝長さを短尺化することにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスの濃度分布のバラツキを少なくすることができ、燃料電池の発電性能を有効に向上させることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図である。燃料電池１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じてこれらが複数組だけ積層されて燃料電池スタックを構成している。
【００１９】
単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード側電極２２とを有する。
【００２０】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２４、２６が設けられ、前記第１ガスケット２４は、アノード側電極２０を収納するための大きな開口部２８を有する一方、前記第２ガスケット２６は、カソード側電極２２を収納するための大きな開口部３０を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２４、２６とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持される。
【００２１】
図１〜図３に示すように、第１および第２セパレータ１４、１６は、それぞれの上部側に水素ガス等の燃料ガスを通過させるための入口孔部３２ａ、３２ｂと、酸素または空気である酸化剤ガスを通過させるための入口孔部３４ａ、３４ｂとを設ける。第１セパレータ１４の下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部３６と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部３８とが設けられる。
【００２２】
図２に示すように、第１セパレータ１４のアノード側電極２０に対向する面１４ａには、入口孔部３２ａ、３２ｂと出口孔部３６とを連通する燃料ガス流路（第１ガス流路）４０が形成される。燃料ガス流路４０は、入口孔部３２ａに連通して面１４ａ内において重力方向（矢印Ａ方向）に向かって蛇行する第１および第２主流路溝４２、４４と、前記第１および第２主流路溝４２、４４が一体的に合流した後に出口孔部３６に連通する第３主流路溝４６と、入口孔部３２ａ、３２ｂから重力方向に直線的に設けられて前記第１〜第３主流路溝４２、４４および４６に合流する第１および第２補助流路溝４８、５０とを備える。
【００２３】
第１および第２主流路溝４２、４４は、第１セパレータ１４の上部側から下方向（矢印Ａ方向）に向かって互いの離間間隔およびそれぞれの流路溝間隔が大きくなるように構成されており、出口孔部３６側で互いに合流して第３主流路溝４６が設けられる。第１および第２補助流路溝４８、５０は、入口孔部３２ａ、３２ｂに連通して矢印Ａ方向に延在する直線部位５２、５４と、前記直線部位５２、５４の途上からそれぞれ分岐して湾曲し、第１および第２主流路溝４２、４４の屈曲部に連通する複数の合流部位５６ａ〜５６ｄおよび５８ａ〜５８ｄとを備えている。
【００２４】
図３に示すように、第２セパレータ１６のカソード側電極２２に対向する面１６ａには、入口孔部３４ａ、３４ｂと出口孔部３８とを連通する酸化剤ガス流路（第２ガス流路）６０が形成される。この酸化剤ガス流路６０は、燃料ガス流路４０と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２５】
このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００２６】
燃料電池１０内には、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、この燃料ガスが第１セパレータ１４の入口孔部３２ａ、３２ｂから燃料ガス流路４０に導入される。具体的には、図２に示すように、入口孔部３２ａから第１および第２主流路溝４２、４４に供給された燃料ガスは、第１セパレータ１４の面１４ａに沿って蛇行しながら重力方向に移動し、第３主流路溝４６に合流して出口孔部３６に移動する。その際、燃料ガス中に含まれる水素ガスが、単位燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される。
【００２７】
ここで、第１の実施形態では、入口孔部３２ａ、３２ｂから重力方向に向かって第１および第２補助流路溝４８、５０が設けられ、この第１および第２補助流路溝４８、５０を構成する直線部位５２、５４からそれぞれ分岐する合流部位５６ａ〜５６ｄおよび５８ａ〜５８ｄが第１〜第３主流路溝４２、４４および４６の屈曲部に連通している。
【００２８】
このため、第１〜第３主流路溝４２、４４および４６からアノード側電極２０に水素ガスが供給されて燃料ガスが消費される際、第１および第２補助流路溝４８、５０から前記第１〜第３主流路溝４２、４４および４６に燃料ガスが導入され、該第１〜第３主流路溝４２、４４および４６内のガス流速を向上させることができる。これにより、ガス流の乱れを惹起させてガス拡散性を有効に上げるとともに、排水性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００２９】
しかも、第１および第２補助流路溝４８、５０に供給される燃料ガスが反応に供されるため、第１セパレータ１４の面１４ａにおける反応面積の増加が容易に図られる。さらに、第１および第２補助流路溝４８、５０から燃料ガスの補充が行われるため、第１セパレータ１４内におけるガスの圧損を有効に低減することが可能になる。
【００３０】
さらにまた、第１および第２主流路溝４２、４４が合流して第３主流路溝４６となるため、溝本数が減少している。従って、第１および第２補助流路溝４８、５０の作用と相俟って、単位面積当たりの反応分子数が減少することがなく、アノード側電極２０の電極面全体で均一かつ円滑な反応が有効に遂行されるという利点がある。
【００３１】
なお、第２セパレータ１６では、上記の第１セパレータ１４と同様の作用効果が得られるものであり、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ７０の正面説明図であり、図５は、第２セパレータ７２の正面説明図である。第１および第２セパレータ７０、７２は、それぞれの上部側に燃料ガスを通過させるための入口孔部７４ａ、７４ｂと、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部７６ａ、７６ｂとを設ける一方、それぞれの下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部７８と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部８０とが設けられる。
【００３３】
図４に示すように、第１セパレータ７０の図示しないアノード側電極に対向する面７０ａには、燃料ガス流路（第１ガス流路）８２が形成される。燃料ガス流路８２は、入口孔部７４ａから出口孔部７８に蛇行して連なる主流路溝８４と、前記入口孔部７４ａから前記主流路溝８４に合流する第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅと、入口孔部７４ｂから前記主流路溝８４に合流する第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆとを備える。
【００３４】
第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆは、それぞれ入口孔部７４ａ、７４ｂに連通して重力方向に延在する直線部位９０と、この直線部位９０の終端に連続して湾曲し、主流路溝８４の各屈曲部に連通する合流部位９２とを備えている。
【００３５】
図５に示すように、第２セパレータ７２の図示しないカソード側電極に対向する面７２ａには、酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１００が設けられる。この酸化剤ガス流路１００は、入口孔部７６ａと出口孔部８０とに蛇行して連なる主流路溝１０２と、前記入口孔部７６ａから前記主流路溝１０２に連なる第１補助流路溝１０４ａ〜１０４ｅと、入口孔部７６ｂから前記主流路溝１０２に連なる第２補助流路溝１０６ａ〜１０６ｆとを備える。なお、燃料ガス流路８２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
このように構成される第２の実施形態では、図４に示すように、第１セパレータ７０において、入口孔部７４ａから主流路溝８４に燃料ガスが供給されると、この燃料ガスは、前記主流路溝８４に沿って重力方向に蛇行しながら出口孔部７８側に移動するとともに、その途上で図示しないアノード側電極に供給される。その際、個別に設けられている第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆを通って主流路溝８４の屈曲部に燃料ガスが導入される。
【００３７】
このため、主流路溝８４内でガスが加速されて排水性が向上するとともに、ガスの圧損の低減が確実に遂行される。特に、第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆがそれぞれ個別に設けられるため、主流路溝８４の各屈曲部に対して燃料ガスを所定の流速で確実に導入させることができるという効果が得られる。なお、第２セパレータ７２においても、第１セパレータ７０と同様の効果が得られる。
【００３８】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１１０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３９】
燃料電池１１０は、単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１１２、１１４を備える。第１および第２セパレータ１１２、１１４の上部側には、燃料ガスを通過させるための入口孔部１１６と、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部１１８とが設けられるとともに、前記第１および第２セパレータ１１２、１１４の下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部１２０と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部１２２とが設けられる。
【００４０】
図６および図７に示すように、第１セパレータ１１２は、アノード側電極２０に対向する面１１２ａに燃料ガス流路（第１ガス流路）１２４が形成される。燃料ガス流路１２４は、上部側の入口孔部１１６側から下方向（矢印Ａ方向）に向かって面方向一側部側（矢印Ｂ方向）に傾斜した後、屈曲して下方向に向かって面方向他側部側（矢印Ｃ方向）に傾斜して下部側の出口孔部１２０に連なる流路溝１２６ａと、この流路溝１２６ａとは反対側に傾斜して前記出口孔部１２０に連なる流路溝１２６ｂとを備える。この流路溝１２６ａ、１２６ｂは、第１セパレータ１１２の面中央部から面方向両側部側に向かって多列に配置されている。
【００４１】
図６に示すように、第２セパレータ１１４は、カソード側電極２２に対向する面１１４ａに酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１２８が形成される。この酸化剤ガス流路１２８は、燃料ガス流路１２４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、アノード側電極２０およびカソード側電極２２は、第１および第２ガスケット２４、２６に対し傾斜して配置されている。
【００４２】
このように構成される第３の実施形態では、例えば、第１セパレータ１１２において、燃料ガスが入口孔部１１６から燃料ガス流路１２４に供給されると、この燃料ガスは、前記燃料ガス流路１２４を構成する各流路溝１２６ａに沿って一旦重力方向に向かって矢印Ｂ方向に傾斜して自重により落下供給された後、重力方向に向かって矢印Ｃ方向に傾斜して自重によって落下供給され、出口孔部１２０側に移動しながらアノード側電極２０に供給される。同様に、流路溝１２６ｂに導入された燃料ガスは、重力方向に向かって矢印Ｃ方向に傾斜して移動した後、重力方向に向かって矢印Ｂ方向に傾斜して出口孔部１２０側に移動しながらアノード側電極２０に供給される。
【００４３】
このように、第３の実施形態では、燃料ガス流路１２４が全体として略菱形状の流路を構成する流路溝１２６ａ、１２６ｂを備えており、燃料ガスがこの流路溝１２６ａ、１２６ｂに沿って重力の作用下に自由落下しながらアノード側電極２０に供給される。従って、流路溝１２６ａ、１２６ｂに反応生成水が残留することがなく、簡単な構成で、この生成水の排出性が大幅に向上するという効果が得られる。
【００４４】
なお、図７に示すように、燃料ガス流路１２４を構成する流路溝１２６ａ、１２６ｂの間には、矢印Ａ方向に指向して同一幅寸法を有する流路１３０が形成されているが、図８に示すように、第１セパレータ１１２の面１１２ａの中心に向かって上下方向から徐々に幅狭となる流路１３２ａ、１３２ｂを設けることができる。これにより、燃料ガス流路１２４における燃料ガスの流通性が一層向上することになる。
【００４５】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１４０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４６】
燃料電池１４０は、単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４２、１４４を備える。第１および第２セパレータ１４２、１４４は、上部側に燃料ガスを通過させるための入口孔部１４６ａ、１４６ｂと、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部１４８とが設けられ、その下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部１５０と酸化剤ガスを通過させるための出口孔部１５２ａ、１５２ｂとが設けられる。
【００４７】
図９および図１０に示すように、第１セパレータ１４２のアノード側電極２０に対向する面１４２ａには、入口孔部１４６ａ、１４６ｂと出口孔部１５０とを連通する燃料ガス流路（第１ガス流路）１５４が形成される。燃料ガス流路１５４は、入口孔部１４６ａと出口孔部１５０とを連通する第１流路溝１５６と、入口孔部１４６ｂと前記出口孔部１５０とを連通する第２流路溝１５８とを有する。第１および第２流路溝１５６、１５８は、それぞれ重力方向（矢印Ａ方向）に蛇行しながら設けられるとともに、面１４２ａの横方向（左右方向）にそれぞれ独立して分割形成されている。
【００４８】
第２セパレータ１４４は、図９および図１１に示すように、カソード側電極２２に対向する面１４４ａに酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１６０が形成される。酸化剤ガス流路１６０は、入口孔部１４８と出口孔部１５２ａとを連通して重力方向に向かって蛇行する第１流路溝１６２と、前記入口孔部１４８と出口孔部１５２ｂとを連通して重力方向に蛇行する第２流路溝１６４とを備えるとともに、前記第１および第２流路溝１６２、１６４は、幅方向に分割されかつ独立して設けられている。
【００４９】
このように構成される第４の実施形態では、例えば、図１０に示すように、第１セパレータ１４２の入口孔部１４６ａ、１４６ｂから燃料ガス流路１５４に燃料ガスが供給されると、この燃料ガスは、それぞれ独立して設けられている第１および第２流路溝１５６、１５８に沿って重力方向に蛇行しながら移動する。このため、燃料ガスは、第１および第２流路溝１５６、１５８からアノード側電極２０に供給されるとともに、残余の燃料ガスが出口孔部１５０に排出される。
【００５０】
一方、図１１に示すように、第２セパレータ１４４の入口孔部１４８に供給された酸化剤ガスは、それぞれ独立して設けられている第１および第２流路溝１６２、１６４に沿って重力方向に蛇行しながら移動する。従って、酸化剤ガスは、第１および第２流路溝１６２、１６４からカソード側電極２２に供給されるとともに、残余の酸化剤ガスが出口孔部１５２ａ、１５２ｂに排出される。
【００５１】
このように、第４の実施形態では、例えば、第１セパレータ１４２の面１４２ａには、横方向に分割されかつそれぞれ独立して入口孔部１４６ａ、１４６ｂから出口孔部１５０に連通する第１および第２流路溝１５６、１５８が設けられている。このため、第１および第２流路溝１５６、１５８は、それぞれの流路長を一挙に短尺化することができ、燃料ガスの濃度分布のバラツキを小さくすることが可能になり、燃料電池１４０の発電性能を有効に向上させるという効果がある。
【００５２】
図１２は、図１０に示す第１セパレータ１４２に代替して使用される本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ１７０の正面説明図である。なお、第１セパレータ１４２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５３】
この第１セパレータ１７０の面１７０ａには、燃料ガス流路１７２が形成され、この燃料ガス流路１７２が、それぞれ入口孔部１４６ａ、１４６ｂと出口孔部１５０とを連通する第１および第２流路溝１７４、１７６を有する。第１および第２流路溝１７４、１７６は、梯子状に構成されており、横方向の流路と縦方向の流路とが互いに連通している。
【００５４】
従って、第１セパレータ１７０では、それぞれ独立した第１および第２流路溝１７４、１７６を設けることにより、それぞれの流路長を短尺化することができ、前述した第１セパレータ１４２と同様の効果が得られることになる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、燃料ガスを供給する第１ガス流路または酸化剤ガスを供給する第２ガス流路の少なくとも一方が、ガス入口側からガス出口側に重力方向に蛇行して連なる主流路溝と、前記ガス入口側から重力方向に直線的に設けられて前記主流路溝に合流する補助流路溝とを備えている。このため、簡単な構成で、主流路溝から消費されるガスを有効に補充するとともに、ガス流速の減少を阻止し、排水性を確実に向上させることができる。しかも、ガスの圧損を低減する他、反応面積の拡大が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図５】前記第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図７】前記第３の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図８】図７に示すセパレータの変形例を示す正面説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１０】前記第４の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図１１】前記第４の実施形態に係る燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０、１４０…燃料電池
１２…単位燃料電池セル
１４、１６、７０、７２、１１２、１１４、１４２、１４４、１７０…セパレータ
１８…電解質膜
２０…アノード側電極
２２…カソード側電極
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ、７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ、１１６、１１８、１４６ａ、１４６ｂ、１４８…入口孔部
３６、３８、７８、８０、１２０、１２２、１５０、１５２ａ、１５２ｂ…出口孔部
４０、８２、１２４、１５４、１７２…燃料ガス流路
４２、４４、４６、８４、１０２…主流路溝
４８、５０、８６ａ〜８６ｅ、８８ａ〜８８ｆ、１０４ａ〜１０４ｅ、１０６ａ〜１０６ｆ…補助流路溝
５２、５４、９０…直線部位
５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、９２…合流部位
６０、１２８、１６０…酸化剤ガス流路
１２６ａ、１２６ｂ、１５６、１５８、１６２、１６４、１７４、１７６…流路溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell comprising a unit fuel cell configured by sandwiching an electrolyte between an anode side electrode and a cathode side electrode, and first and second separators sandwiching the unit fuel cell.
[0002]
[Prior art]
For example, a solid polymer type fuel cell has a unit fuel cell formed by arranging an anode side electrode and a cathode side electrode on both sides of an electrolyte made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). Usually, the unit fuel cell and the separator are stacked in a predetermined number and used as a fuel cell stack.
[0003]
In this type of fuel cell, fuel gas, for example, hydrogen gas, supplied to the anode electrode is hydrogen ionized on the catalyst electrode and moves to the cathode electrode side via an appropriately humidified electrolyte. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since an oxidant gas, for example, oxygen gas or air, is supplied to the cathode side electrode, water reacts with the hydrogen ions, electrons, and oxygen at the cathode side electrode.
[0004]
By the way, in order to supply the fuel gas and the oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode, respectively, a porous layer having conductivity on the catalyst electrode layer (electrode surface), for example, porous carbon paper is usually separated by a separator. One or a plurality of gas flow paths having a uniform width dimension are provided on the surfaces of the separators that are sandwiched and opposed to each other.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, since the fuel gas and oxidant gas supplied to the gas flow path are consumed in the plane of the separator, the number of reaction molecules per unit area near the outlet of the gas flow path Reduced compared to the entrance side of the road. As a result, it has been pointed out that the reaction within the electrode surface becomes non-uniform and the cell performance becomes unstable.
[0006]
Furthermore, condensed moisture and moisture generated by the reaction may exist in a liquid (water) state in the gas flow path. When this water is accumulated in the porous layer, the diffusibility of the fuel gas and the oxidant gas to the catalyst electrode layer is lowered, and the cell performance may be remarkably deteriorated.
[0007]
Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-267564, a fuel distribution plate having a fuel flow path for supplying fuel to the anode electrode and an oxidant flow path for supplying oxidant to the cathode electrode are provided. An oxidant distribution plate having at least one of the depth and the width of the oxidant flow path of the oxidant flow distribution plate from the upstream flow path area to the downstream flow path area of the oxidant. Fuel cells are known.
[0008]
However, in the above-described conventional technology, the depth of the upstream flow channel region of the oxidant flow channel becomes large, and the separator itself becomes considerably thick. As a result, a problem has been pointed out that miniaturization of the entire fuel cell cannot be easily performed. In addition, there is a problem that the processing operation for gradually decreasing the depth from the upstream side to the downstream side of the gas flow path becomes extremely complicated.
[0009]
The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of ensuring good gas diffusibility and drainage with a simple configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell according to the present invention, the first and second separators sandwiching the unit fuel cell have first and second gas flow paths for supplying fuel gas and oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode. In addition, at least the first or second gas flow path is provided in a straight line in the gravity direction from the gas inlet side to the main flow path groove meandering in the gravity direction from the gas inlet side to the gas outlet side. And an auxiliary channel groove that joins the channel groove.
[0011]
For this reason, when the gas flowing through the main channel groove from the gas inlet side to the gas outlet side is consumed, the gas is supplied from the auxiliary channel groove that joins the main channel groove, and the gas flow velocity in the main channel groove Can be effectively prevented. Accordingly, the gas is accelerated in the main channel groove, the gas flow rate is increased, and the drainage performance can be reliably improved. In addition, the pressure loss of the gas in the plane of the first or second separator can be reduced, and the gas flowing through the auxiliary flow channel reacts to increase the reaction area in the plane of the first or second separator. Can do.
[0012]
Here, in the present invention, a straight portion where the auxiliary flow channel communicates with the gas inlet side, and a plurality of merging portions which are respectively branched and curved from the middle of the straight portion and communicate with the bent portion of the main flow channel. I have. For this reason, it is possible to effectively prevent the flow rate of the gas flowing through the auxiliary flow channel groove from decreasing, and to smoothly supply the gas to each bent portion of the main flow channel groove at a desired flow rate.
[0013]
In addition, the auxiliary flow channel groove includes a straight portion communicating with the gas inlet side, a merging portion curved continuously at the end of the straight portion, and communicated with a bent portion of the main flow channel groove, and the auxiliary flow channel A plurality of grooves are provided. Accordingly, the accelerated gas can be reliably supplied from each auxiliary flow channel to the main flow channel, and the drainage performance in the main flow channel can be improved.
[0014]
Furthermore, the number of grooves on the gas inlet side of the main channel groove is set larger than the number of grooves on the gas outlet side. As a result, the number of grooves decreases as the gas is consumed, so the number of reaction molecules per unit area on the gas outlet side does not decrease compared to the gas inlet side, and the reaction in the electrode surface is made uniform. Can be planned.
[0015]
Furthermore, in the present invention, Head in the direction of gravity At least the first or second gas flow path , Paray Surface In Of the first and second separators Inclined from the upper gas inlet side to the one side in the surface direction downward, then bent and inclined to the other side in the surface direction downward Of the first and second separators. It has a channel groove that continues to the gas outlet side on the lower side. Therefore, the first or second gas flow path , Paray Surface In addition to being provided along the electrode surface with respect to the inside, the flow channel groove is inclined downward, and the generated water in the flow channel groove freely falls to the gas outlet side under the action of gravity. Thereby, the discharge | emission property of the produced water in a flow-path groove improves significantly.
[0016]
Here, the channel grooves are arranged in multiple rows from the center of the surface of the first or second separator toward both sides in the surface direction. For this reason, it becomes possible to supply gas uniformly and reliably to the electrode surface.
[0017]
In the present invention, The second 1 or 2 gas flow path , Paray Surface Inside, divided horizontally and Single first From the gas inlet side Two first Equipped with a plurality of channel grooves on the gas outlet side that communicate independently while meandering in the direction of gravity In addition, the second or first gas flow path is divided in the transverse direction in the separator plane and is independently gravity from the two second gas inlet sides to the single second gas outlet side. Equipped with multiple channel grooves that communicate while meandering in the direction ing. Thereby, the groove length of each flow path groove from the gas inlet side to the gas outlet side can be shortened at a stroke, and the discharge property of the water produced | generated in the said flow path groove improves significantly. Moreover, by reducing the length of each channel groove, the oxidant gas and Variations in the concentration distribution of the fuel gas can be reduced, and the power generation performance of the fuel cell can be effectively improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell 10 includes a unit fuel cell 12 and first and second separators 14 and 16 sandwiching the unit fuel cell 12, and a plurality of these are stacked as necessary to form a fuel cell stack. It is composed.
[0019]
The unit fuel cell 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 18, and an anode side electrode 20 and a cathode side electrode 22 that are disposed with the electrolyte membrane 18 interposed therebetween.
[0020]
First and second gaskets 24 and 26 are provided on both sides of the unit fuel cell 12, and the first gasket 24 has a large opening 28 for accommodating the anode-side electrode 20, while the second The gasket 26 has a large opening 30 for accommodating the cathode side electrode 22. The unit fuel cell 12 and the first and second gaskets 24 and 26 are sandwiched between the first and second separators 14 and 16.
[0021]
As shown in FIGS. 1 to 3, the first and second separators 14 and 16 are inlet holes 32 a and 32 b for allowing a fuel gas such as hydrogen gas to pass therethrough and oxygen or air. Inlet holes 34a and 34b for allowing the oxidant gas to pass therethrough are provided. On the lower side of the first separator 14, an outlet hole 36 for allowing the fuel gas to pass therethrough and an outlet hole 38 for allowing the oxidant gas to pass therethrough are provided.
[0022]
As shown in FIG. 2, a fuel gas flow path (first gas flow path) that connects the inlet holes 32 a and 32 b and the outlet hole 36 to the surface 14 a of the first separator 14 that faces the anode side electrode 20. 40 is formed. The fuel gas flow path 40 communicates with the inlet hole portion 32a, and the first and second main flow path grooves 42 and 44 meandering in the direction of gravity (arrow A direction) in the surface 14a. A third main channel groove 46 that communicates with the outlet hole 36 after the main channel grooves 42 and 44 merge together, and the first to third linearly provided in the direction of gravity from the inlet holes 32a and 32b. First and second auxiliary flow channel grooves 48 and 50 joining the main flow channel grooves 42, 44 and 46 are provided.
[0023]
The first and second main flow channel grooves 42 and 44 are configured such that the distance between the first and second main flow channel grooves 42 and 44 increases from the upper side of the first separator 14 downward (in the direction of arrow A) and the flow channel groove intervals. The third main flow path groove 46 is provided so as to merge with each other on the outlet hole 36 side. The first and second auxiliary flow channel grooves 48 and 50 branch from the straight portions 52 and 54 that communicate with the inlet holes 32a and 32b and extend in the direction of arrow A, respectively, and along the straight portions 52 and 54. And a plurality of merging portions 56a to 56d and 58a to 58d communicating with the bent portions of the first and second main flow channel grooves 42 and 44.
[0024]
As shown in FIG. 3, an oxidant gas flow path (second gas flow path) that connects the inlet holes 34 a and 34 b and the outlet hole 38 to the surface 16 a of the second separator 16 facing the cathode side electrode 22. ) 60 is formed. The oxidant gas flow channel 60 is configured in the same manner as the fuel gas flow channel 40, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
[0025]
The operation of the fuel cell 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.
[0026]
Fuel gas and oxidant gas are supplied into the fuel cell 10, and the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 40 from the inlet holes 32 a and 32 b of the first separator 14. Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel gas supplied from the inlet hole portion 32a to the first and second main flow channel grooves 42 and 44 gravitates while meandering along the surface 14a of the first separator 14. Move in the direction, merge with the third main channel groove 46 and move to the outlet hole 36. At that time, hydrogen gas contained in the fuel gas is supplied to the anode side electrode 20 of the unit fuel cell 12.
[0027]
Here, in the first embodiment, first and second auxiliary flow channel grooves 48, 50 are provided from the inlet holes 32a, 32b in the direction of gravity, and the first and second auxiliary flow channel grooves 48, The joining portions 56a to 56d and 58a to 58d branched from the straight portions 52 and 54 constituting the portion 50 communicate with the bent portions of the first to third main flow channel grooves 42, 44 and 46, respectively.
[0028]
For this reason, when hydrogen gas is supplied to the anode-side electrode 20 from the first to third main channel grooves 42, 44, and 46 and the fuel gas is consumed, the first and second auxiliary channel grooves 48, 50 The fuel gas is introduced into the first to third main flow channel grooves 42, 44, and 46, and the gas flow velocity in the first to third main flow channel grooves 42, 44, and 46 can be improved. As a result, the gas flow is disturbed to effectively increase the gas diffusibility, and the drainage performance can be improved.
[0029]
Moreover, since the fuel gas supplied to the first and second auxiliary flow channel grooves 48 and 50 is used for the reaction, the reaction area on the surface 14a of the first separator 14 can be easily increased. Further, since the fuel gas is replenished from the first and second auxiliary flow channel grooves 48 and 50, the gas pressure loss in the first separator 14 can be effectively reduced.
[0030]
Furthermore, since the first and second main channel grooves 42 and 44 merge to form the third main channel groove 46, the number of grooves is reduced. Therefore, in combination with the operation of the first and second auxiliary flow channel grooves 48 and 50, the number of reaction molecules per unit area does not decrease, and the reaction is uniform and smooth over the entire electrode surface of the anode side electrode 20. Has the advantage of being effectively carried out.
[0031]
The second separator 16 can obtain the same effects as those of the first separator 14 described above, and a detailed description thereof will be omitted.
[0032]
FIG. 4 is an explanatory front view of the first separator 70 constituting the fuel cell according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory front view of the second separator 72. The first and second separators 70 and 72 are provided with inlet holes 74a and 74b for allowing the fuel gas to pass therethrough and inlet holes 76a and 76b for allowing the oxidant gas to pass, respectively. Each lower side is provided with an outlet hole 78 for allowing the fuel gas to pass therethrough and an outlet hole 80 for allowing the oxidant gas to pass therethrough.
[0033]
As shown in FIG. 4, a fuel gas flow path (first gas flow path) 82 is formed on a surface 70 a of the first separator 70 that faces an anode electrode (not shown). The fuel gas channel 82 includes a main channel groove 84 meanderingly connected to the outlet hole 78 from the inlet hole 74a, and first auxiliary channel grooves 86a to 86e joining the main channel groove 84 from the inlet hole 74a. And second auxiliary flow channel grooves 88a to 88f joining the main flow channel groove 84 from the inlet hole 74b.
[0034]
The first auxiliary flow channel grooves 86a to 86e and the second auxiliary flow channel grooves 88a to 88f are connected to the inlet holes 74a and 74b and extend in the direction of gravity, respectively. A merging portion 92 that continuously curves and communicates with each bent portion of the main channel groove 84 is provided.
[0035]
As shown in FIG. 5, an oxidant gas flow path (second gas flow path) 100 is provided on a surface 72a of the second separator 72 facing a cathode electrode (not shown). The oxidant gas channel 100 includes a main channel groove 102 meanderingly connected to the inlet hole 76a and the outlet hole 80, and a first auxiliary channel groove 104a connected to the main channel groove 102 from the inlet hole 76a. To 104e and second auxiliary flow channel grooves 106a to 106f that are continuous from the inlet hole 76b to the main flow channel groove 102. The same components as those of the fuel gas channel 82 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0036]
In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 4, in the first separator 70, when the fuel gas is supplied from the inlet hole 74a to the main flow path groove 84, the fuel gas is While moving to the outlet hole 78 side while meandering in the direction of gravity along the main flow path groove 84, it is supplied to an anode electrode (not shown) on the way. At that time, the fuel gas is introduced into the bent portion of the main channel groove 84 through the first auxiliary channel grooves 86a to 86e and the second auxiliary channel grooves 88a to 88f provided individually.
[0037]
For this reason, the gas is accelerated in the main channel groove 84 to improve the drainage performance, and the gas pressure loss is reliably reduced. In particular, since the first auxiliary flow channel grooves 86a to 86e and the second auxiliary flow channel grooves 88a to 88f are individually provided, the fuel gas is reliably introduced into each bent portion of the main flow channel groove 84 at a predetermined flow rate. The effect that it can be made is acquired. In the second separator 72, the same effect as that of the first separator 70 can be obtained.
[0038]
FIG. 6 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 110 according to the third embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0039]
The fuel cell 110 includes first and second separators 112 and 114 that sandwich the unit fuel cell 12. On the upper side of the first and second separators 112 and 114, an inlet hole portion 116 for allowing the fuel gas to pass therethrough and an inlet hole portion 118 for allowing the oxidant gas to pass therethrough are provided. On the lower side of the second separators 112 and 114, an outlet hole 120 for allowing the fuel gas to pass therethrough and an outlet hole 122 for allowing the oxidant gas to pass therethrough are provided.
[0040]
As shown in FIGS. 6 and 7, the first separator 112 has a fuel gas flow path (first gas flow path) 124 formed on a surface 112 a facing the anode side electrode 20. The fuel gas flow path 124 is inclined downward from the upper inlet hole 116 side (arrow A direction) toward one side in the surface direction (arrow B direction), and then bent to move downward. A channel groove 126a that inclines toward the other side in the surface direction (in the direction of arrow C) and continues to the outlet hole 120 on the lower side, and inclines to the side opposite to the channel groove 126a and continues to the outlet hole 120. And a flow channel groove 126b. The flow channel grooves 126 a and 126 b are arranged in multiple rows from the center of the surface of the first separator 112 toward both sides in the surface direction.
[0041]
As shown in FIG. 6, in the second separator 114, an oxidant gas flow path (second gas flow path) 128 is formed on a surface 114 a facing the cathode side electrode 22. The oxidant gas flow path 128 is configured in the same manner as the fuel gas flow path 124, and the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted. The anode side electrode 20 and the cathode side electrode 22 are disposed so as to be inclined with respect to the first and second gaskets 24 and 26.
[0042]
In the third embodiment configured as described above, for example, in the first separator 112, when fuel gas is supplied from the inlet hole portion 116 to the fuel gas passage 124, the fuel gas is supplied to the fuel gas passage 124. Inclined in the direction of the arrow B toward the direction of gravity along each flow path groove 126a constituting the 124 and dropped and supplied by its own weight, then inclined in the direction of the arrow C toward the direction of gravity and supplied by its own weight. The anode side electrode 20 is supplied while moving to the outlet hole 120 side. Similarly, the fuel gas introduced into the flow path groove 126b moves in the direction of gravity in the direction of the arrow C and then moves in the direction of the gravity in the direction of the arrow B and moves toward the outlet hole 120. While being supplied to the anode side electrode 20.
[0043]
As described above, in the third embodiment, the fuel gas flow path 124 includes the flow path grooves 126a and 126b that form a substantially rhombus-shaped flow path as a whole, and the fuel gas flows into the flow path grooves 126a and 126b. Then, it is supplied to the anode side electrode 20 while freely falling under the action of gravity. Therefore, reaction product water does not remain in the channel grooves 126a and 126b, and the effect of significantly improving the discharge of this product water can be obtained with a simple configuration.
[0044]
As shown in FIG. 7, a flow path 130 having the same width dimension is formed between the flow path grooves 126a and 126b constituting the fuel gas flow path 124 in the direction of the arrow A. As shown in FIG. 8, flow paths 132 a and 132 b that gradually narrow from the vertical direction toward the center of the surface 112 a of the first separator 112 can be provided. As a result, the flowability of the fuel gas in the fuel gas passage 124 is further improved.
[0045]
FIG. 9 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell 140 according to the fourth embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0046]
The fuel cell 140 includes first and second separators 142 and 144 that sandwich the unit fuel cell 12. The first and second separators 142 and 144 are provided with inlet holes 146a and 146b for allowing the fuel gas to pass on the upper side and inlet holes 148 for allowing the oxidant gas to pass therethrough, and on the lower side thereof. Are provided with outlet holes 150 for allowing the fuel gas to pass therethrough and outlet holes 152a and 152b for allowing the oxidant gas to pass therethrough.
[0047]
As shown in FIGS. 9 and 10, a fuel gas flow path (first gas) that connects the inlet holes 146 a and 146 b and the outlet hole 150 is formed on the surface 142 a of the first separator 142 facing the anode side electrode 20. Flow path) 154 is formed. The fuel gas channel 154 includes a first channel groove 156 that communicates the inlet hole 146a and the outlet hole 150, and a second channel groove 158 that communicates the inlet hole 146b and the outlet hole 150. Have. The first and second flow channel grooves 156 and 158 are provided while meandering in the direction of gravity (arrow A direction), and are separately formed in the lateral direction (left and right direction) of the surface 142a.
[0048]
As shown in FIGS. 9 and 11, the second separator 144 has an oxidant gas flow path (second gas flow path) 160 formed on a surface 144 a facing the cathode side electrode 22. The oxidant gas flow channel 160 communicates the first flow channel 162 meandering in the direction of gravity with the inlet hole 148 and the outlet hole 152a, and the inlet hole 148 and the outlet hole 152b. In addition, the second flow path groove 164 meandering in the direction of gravity is provided, and the first and second flow path grooves 162 and 164 are divided in the width direction and provided independently.
[0049]
In the fourth embodiment configured as described above, for example, as shown in FIG. 10, when fuel gas is supplied from the inlet holes 146 a and 146 b of the first separator 142 to the fuel gas channel 154, this fuel The gas moves while meandering in the direction of gravity along the first and second flow path grooves 156 and 158 provided independently of each other. Therefore, the fuel gas is supplied from the first and second flow path grooves 156 and 158 to the anode side electrode 20 and the remaining fuel gas is discharged to the outlet hole 150.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 11, the oxidant gas supplied to the inlet hole 148 of the second separator 144 is gravity along the first and second flow path grooves 162 and 164 provided independently of each other. Move while meandering in the direction. Therefore, the oxidant gas is supplied from the first and second flow grooves 162 and 164 to the cathode side electrode 22 and the remaining oxidant gas is discharged to the outlet holes 152a and 152b.
[0051]
Thus, in the fourth embodiment, for example, the first and second surfaces 142a of the first separator 142 are divided in the lateral direction and communicated independently from the inlet holes 146a and 146b to the outlet hole 150, respectively. Second flow channel grooves 156 and 158 are provided. Therefore, the first and second flow path grooves 156 and 158 can shorten the flow path lengths at a stroke, reduce the variation in the concentration distribution of the fuel gas, and the fuel cell 140. This effectively improves the power generation performance.
[0052]
FIG. 12 is an explanatory front view of a first separator 170 constituting a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention that is used in place of the first separator 142 shown in FIG. The same components as those of the first separator 142 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0053]
A fuel gas flow path 172 is formed on the surface 170a of the first separator 170, and the fuel gas flow path 172 communicates the inlet hole portions 146a and 146b with the outlet hole portion 150, respectively. Road grooves 174 and 176 are provided. The first and second flow channel grooves 174 and 176 are configured in a ladder shape, and the horizontal flow channel and the vertical flow channel communicate with each other.
[0054]
Accordingly, in the first separator 170, by providing the first and second flow channel grooves 174 and 176 that are independent of each other, the length of each flow channel can be shortened, and the same effect as the first separator 142 described above can be obtained. Will be obtained.
[0055]
【The invention's effect】
In the fuel cell according to the present invention, at least one of the first gas flow path for supplying the fuel gas or the second gas flow path for supplying the oxidant gas is meandering in a gravitational direction from the gas inlet side to the gas outlet side. A main channel groove, and an auxiliary channel groove that is linearly provided in the direction of gravity from the gas inlet side and joins the main channel groove. For this reason, it is possible to effectively replenish the gas consumed from the main flow channel groove with a simple configuration, prevent the gas flow rate from decreasing, and improve the drainage performance with certainty. In addition to reducing the pressure loss of the gas, the reaction area can be easily expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front explanatory view of a first separator constituting the fuel cell.
FIG. 3 is a front explanatory view of a second separator constituting the fuel cell.
FIG. 4 is a front explanatory view of a first separator constituting a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front explanatory view of a second separator constituting the fuel cell according to the second embodiment.
FIG. 6 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory front view of a first separator constituting the fuel cell according to the third embodiment.
FIG. 8 is an explanatory front view showing a modification of the separator shown in FIG. 7;
FIG. 9 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front explanatory view of a first separator constituting the fuel cell according to the fourth embodiment.
FIG. 11 is a front explanatory view of a second separator constituting the fuel cell according to the fourth embodiment.
FIG. 12 is a front explanatory view of a first separator constituting a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 110, 140 ... Fuel cell
12 ... Unit fuel cell
14, 16, 70, 72, 112, 114, 142, 144, 170 ... separator
18 ... electrolyte membrane
20 ... Anode side electrode
22 ... Cathode side electrode
32a, 32b, 34a, 34b, 74a, 74b, 76a, 76b, 116, 118, 146a, 146b, 148 ... inlet hole
36, 38, 78, 80, 120, 122, 150, 152a, 152b ... outlet hole
40, 82, 124, 154, 172 ... fuel gas flow path
42, 44, 46, 84, 102 ... main flow channel
48, 50, 86a to 86e, 88a to 88f, 104a to 104e, 106a to 106f ... auxiliary channel grooves
52, 54, 90 ... straight part
56a-56d, 58a-58d, 92 ... confluence
60, 128, 160 ... oxidant gas flow path
126a, 126b, 156, 158, 162, 164, 174, 176... Channel grooves

Claims

A unit fuel cell comprising an electrolyte sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode, and first and second separators sandwiching the unit fuel cell,
The first and second separators have first and second gas flow paths for supplying fuel gas and oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode,
At least the first or second gas flow path includes a main flow path groove that meanders in a gravitational direction from the gas inlet side to the gas outlet side in the plane of the first or second separator;
Auxiliary flow path grooves that are linearly provided in the direction of gravity from the gas inlet side, and that have a merge portion that merges with the main flow path grooves,
A fuel cell comprising:

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the auxiliary flow channel groove includes a linear portion communicating with the gas inlet side;
A plurality of the merged portions that are branched and curved from the middle of the straight portion, and communicate with the bent portion of the main flow channel groove, and
A fuel cell comprising:

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the auxiliary flow channel groove includes a linear portion communicating with the gas inlet side;
The merging portion that curves continuously at the end of the straight portion and communicates with the bent portion of the main flow channel groove;
With
A fuel cell, wherein a plurality of auxiliary flow channel grooves are provided from the gas inlet side.

4. The fuel cell according to claim 1, wherein the number of grooves on the gas inlet side is set to be greater than the number of grooves on the gas outlet side. battery.

Comprises a formed polymer electrolyte fuel cell unit to sandwich the solid polymer electrolyte membrane between the anode electrode and a cathode electrode, and first and second separators sandwiching the fuel cell unit,
The first and second separators include first and second gas flow paths directed in the direction of gravity to supply fuel gas and oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode ;
A gas inlet penetrating in the stacking direction on the upper side of the first and second separators;
A gas outlet penetrating in the stacking direction on the lower side of the first and second separators;
Have
At least the first or second gas flow path, Se in Paray data plane, after said inclined in the plane direction one side end toward the lower direction from the gas inlet side, the plane direction to the downward bent A fuel cell comprising a channel groove that is inclined toward the other side and continues to the gas outlet side.

6. The fuel cell according to claim 5, wherein the flow channel grooves are arranged in multiple rows from the center of the surface of the first or second separator toward both sides in the surface direction.

A unit fuel cell comprising an electrolyte sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode, and first and second separators sandwiching the unit fuel cell,
The first and second separators have first and second gas flow paths directed in the direction of gravity to supply fuel gas and oxidant gas to the anode side electrode and the cathode side electrode,
On the upper side of the first and second separators, there is a single first gas inlet disposed in the center and penetrating in the stacking direction, and two second gas gas disposed on both sides of the first gas inlet. Gas inlets are provided,
On the lower side of the first and second separators, there is a single second gas outlet disposed in the center and penetrating in the stacking direction, and two second gas outlets disposed on both sides of the second gas outlet. 1 gas outlet,
The first or second gas flow path, Se in Paray data plane is divided laterally and independently each from a single of said first gas inlet side to two of said first gas outlet gravity While having a plurality of flow channel grooves communicating in a meandering direction ,
The second or first gas flow path is divided in the transverse direction in the separator plane and is independently from the two second gas inlet sides to the single second gas outlet side in the direction of gravity. A fuel cell comprising a plurality of channel grooves communicating with each other while meandering .