JP4344584B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP4344584B2
JP4344584B2 JP2003360900A JP2003360900A JP4344584B2 JP 4344584 B2 JP4344584 B2 JP 4344584B2 JP 2003360900 A JP2003360900 A JP 2003360900A JP 2003360900 A JP2003360900 A JP 2003360900A JP 4344584 B2 JP4344584 B2 JP 4344584B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
communication hole
outlet
inlet
buffer portion
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003360900A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004186138A (en
Inventor
誠治 杉浦
修平 後藤
和也 佐々本
成利 杉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2003360900A priority Critical patent/JP4344584B2/en
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to US10/533,143 priority patent/US7618735B2/en
Priority to EP10011340A priority patent/EP2280439A3/en
Priority to CA002503796A priority patent/CA2503796C/en
Priority to EP03758973.6A priority patent/EP1557894B1/en
Priority to PCT/JP2003/013756 priority patent/WO2004038841A1/en
Publication of JP2004186138A publication Critical patent/JP2004186138A/en
Priority to US12/570,857 priority patent/US7867666B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4344584B2 publication Critical patent/JP4344584B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層する燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell having an electrolyte / electrode structure configured by sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes, and alternately stacking the electrolyte / electrode structure and a separator.

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)からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンとからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。   For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) in which an anode side electrode and a cathode side electrode each made of an electrode catalyst and porous carbon are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, It is configured by being sandwiched by a separator (bipolar plate). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of the fuel cells are stacked is used.

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(反応ガス)、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜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は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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス(反応ガス)、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。   In this type of fuel cell, a fuel gas (reactive gas) supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is hydrogen ionized on the electrode catalyst, It moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas (reaction gas), for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas). Hydrogen ions, electrons and oxygen react to produce water.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路(反応ガス流路)と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路(反応ガス流路)とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路は、一般的にセパレータの積層方向に貫通する流路入口連通孔から流路出口連通孔に向かって設けられる複数本の流路溝を備えるとともに、この流路溝は、直線溝や折り返し流路溝で構成されている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel (reactive gas channel) for flowing a fuel gas opposite to the anode side electrode and an oxidant gas for flowing the cathode gas facing the cathode side electrode in the plane of the separator. The oxidant gas flow path (reaction gas flow path) is provided. Further, between the separators, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator. The fuel gas flow channel, the oxidant gas flow channel, and the cooling medium flow channel generally include a plurality of flow channel grooves provided from a flow channel inlet communication hole penetrating in the stacking direction of the separator toward the flow channel outlet communication hole. In addition, the flow path groove is configured by a straight groove or a folded flow path groove.

ところが、複数本の流路溝に対して開口の小さな流路入口連通孔や流路出口連通孔が設けられる場合、前記流路溝に沿って燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体等の流体を円滑に流すために、前記流路入口連通孔や前記流路出口連通孔の周囲にバッファ部が必要となる。   However, when a channel inlet communication hole or a channel outlet communication hole having a small opening is provided for a plurality of channel grooves, a fluid such as a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is supplied along the channel groove. In order to flow smoothly, a buffer part is required around the flow path inlet communication hole and the flow path outlet communication hole.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池のガス通路板が知られている。この特許文献1では、図11に示すように、例えば、酸化剤ガス側のガス通路板1が、カーボンや金属により構成される溝部材2を備えている。ガス通路板1の上部側には、酸化剤ガスの入口マニホールド3が設けられる一方、前記ガス通路板1の下部側には、酸化剤ガスの出口マニホールド4が形成されている。   Thus, for example, a gas passage plate for a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, as shown in FIG. 11, for example, a gas passage plate 1 on the oxidant gas side includes a groove member 2 made of carbon or metal. An oxidant gas inlet manifold 3 is provided on the upper side of the gas passage plate 1, while an oxidant gas outlet manifold 4 is formed on the lower side of the gas passage plate 1.

溝部材2には、入口マニホールド3に連通する入口側通流溝5aと、出口マニホールド4に連通する出口側通流溝5bと、前記入口側通流溝5aと前記出口側通流溝5bとを連通する中間通流溝6とが設けられている。入口側通流溝5a及び出口側通流溝5bは、複数の突起7aを介して格子状に形成される一方、中間通流溝6は、複数回折り返した曲折形状に形成され、複数本の直線状溝部8と、折り返し部位に複数の突起7bにより形成された格子状溝部9とを備えている。   The groove member 2 includes an inlet-side flow groove 5a communicating with the inlet manifold 3, an outlet-side flow groove 5b communicating with the outlet manifold 4, the inlet-side flow groove 5a, and the outlet-side flow groove 5b. And an intermediate flow groove 6 that communicates with each other. The inlet-side flow groove 5a and the outlet-side flow groove 5b are formed in a lattice shape via a plurality of projections 7a, while the intermediate flow groove 6 is formed in a bent shape that is folded back a plurality of times. The linear groove part 8 and the grid | lattice-like groove part 9 formed in the folding | returning site | part by the some protrusion 7b are provided.

このように構成される燃料電池のガス通路板1では、入口側通流溝5a及び出口側通流溝5bがバッファ部を構成しており、供給ガスの電極への接触面積が広くなるとともに、この供給ガスが自由に移動することができる一方、中間通流溝6では、複数本の直線状溝部8を介して反応ガスを高速でむらなく通流させることができる、としている。   In the gas passage plate 1 of the fuel cell configured as described above, the inlet-side flow groove 5a and the outlet-side flow groove 5b constitute a buffer portion, and the contact area of the supply gas to the electrode is widened. While this supply gas can move freely, in the intermediate flow groove 6, the reaction gas can flow uniformly at a high speed through the plurality of linear grooves 8.

特開平10−106594号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 10-106594 (FIG. 1)

この場合、上記のガス通路板1には、実際上、入口マニホールド3から出口マニホールド4に至る複数本の蛇行する流路(サーペンタイン流路)1aが形成されている。その際、複数本の直線状溝部8では、各流路1aの長さが略同一であって、それぞれの流路抵抗が一定となり易い。   In this case, the gas passage plate 1 is actually formed with a plurality of meandering channels (serpentine channels) 1 a extending from the inlet manifold 3 to the outlet manifold 4. At that time, in the plurality of linear grooves 8, the lengths of the respective channels 1a are substantially the same, and the respective channel resistances are likely to be constant.

ところが、複数の突起7aを介して格子状に形成される入口側通流溝5a及び出口側通流溝5bでは、入口マニホールド3及び出口マニホールド4から各直線状溝部8に至るそれぞれの流路1aの長さが異なっている。これにより、入口側通流溝5a及び出口側通流溝5bにおける流路抵抗が変動し、電極面全面にわたって反応ガスを均一に供給することができず、反応ガスの分配性が低下するという問題が指摘されている。   However, in the inlet-side flow grooves 5a and the outlet-side flow grooves 5b formed in a lattice shape through the plurality of protrusions 7a, the respective flow paths 1a from the inlet manifold 3 and the outlet manifold 4 to the respective linear grooves 8 are provided. Are different in length. As a result, the flow resistance in the inlet-side flow groove 5a and the outlet-side flow groove 5b fluctuates, and the reaction gas cannot be uniformly supplied over the entire electrode surface, resulting in a decrease in reaction gas distribution. Has been pointed out.

一方、複数の突起7bにより形成される格子状溝部9においても同様に、各直線状溝部8から前記格子状溝部9に導出して折り返した後、各直線状溝部8に導入する反応ガスは、それぞれの流路1aの長さが異なるため、均一な分配性を維持することができない。このため、電極面全面にわたって反応ガスを均一に供給することが困難になり、所望の発電性能を確保することができないという問題がある。   On the other hand, in the lattice-shaped groove portion 9 formed by the plurality of protrusions 7b, the reaction gas introduced into each linear groove portion 8 after being led out from each linear groove portion 8 to the lattice-shaped groove portion 9 and turned back, Since the lengths of the respective flow paths 1a are different, uniform distribution cannot be maintained. For this reason, it becomes difficult to uniformly supply the reaction gas over the entire electrode surface, and there is a problem that desired power generation performance cannot be ensured.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、蛇行する反応ガス流路内の流路抵抗を均一化することができ、反応ガスを電極面全面にわたって良好に分配して、良好な発電性能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。   The present invention solves this kind of problem, can equalize the flow resistance in the meandering reactive gas flow path, distributes the reactive gas well over the entire electrode surface, and has good power generation performance An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of ensuring the above.

本発明の燃料電池では、電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路は、セパレータ面内に偶数回の折り返し部位を有する複数本の略同一長さのサーペンタイン流路溝を備えている。また、反応ガス流路は、積層方向に貫通する反応ガス入口連通孔に、サーペンタイン流路溝を連通する略三角形状の入口バッファ部と、積層方向に貫通する反応ガス出口連通孔に、前記サーペンタイン流路溝を連通する略三角形状の出口バッファ部とを備えるとともに、前記入口バッファ部と前記出口バッファ部とは、互いに略対称形状に構成されている。さらに、前記入口バッファ部の1辺は、前記サーペンタイン流路溝の一方の終端部と略直交し、前記出口バッファ部の1辺は、前記サーペンタイン流路溝の他方の終端部と略直交している。また、前記反応ガス入口連通孔は、前記サーペンタイン流路溝の一方の全終端部の延長方向に配置され、前記反応ガス出口連通孔は、前記サーペンタイン流路溝の他方の全終端部の延長方向に配置されている。
In the fuel cell of the present invention, the reaction gas flow channel for supplying the reaction gas along the surface direction of the electrode includes a plurality of serpentine flow channel grooves having substantially the same length and having even-numbered turn-back portions in the separator surface. ing. The reaction gas flow path includes a reaction gas inlet communication hole penetrating in the stacking direction, a substantially triangular inlet buffer portion communicating with the serpentine flow channel groove, and a reaction gas outlet communication hole penetrating in the stacking direction. A substantially triangular outlet buffer portion communicating with the flow channel is provided, and the inlet buffer portion and the outlet buffer portion are configured to be substantially symmetrical with each other. Furthermore, one side of the inlet buffer portion is substantially orthogonal to one end portion of the serpentine flow channel, and one side of the outlet buffer portion is substantially orthogonal to the other end portion of the serpentine flow channel. Yes. The reaction gas inlet communication hole is disposed in the extending direction of one end of the serpentine flow channel, and the reaction gas outlet communication hole is extended in the other end of the serpentine flow channel. Is arranged.

また、少なくとも入口バッファ部又は出口バッファ部の一方に、複数のエンボスが設けられることが好ましい。   In addition, it is preferable that at least one of the inlet buffer portion and the outlet buffer portion is provided with a plurality of embossments.

さらに、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔は、少なくとも1辺に斜辺を設けるとともに、前記反応ガス入口連通孔の前記斜辺は、入口バッファ部の傾斜部に対向する一方、前記反応ガス出口連通孔の前記斜辺は、出口バッファ部の傾斜部に対向することが好ましい。   Further, the reaction gas inlet communication hole and the reaction gas outlet communication hole are provided with a hypotenuse on at least one side, and the hypotenuse of the reaction gas inlet communication hole faces the inclined portion of the inlet buffer portion, while the reaction gas outlet It is preferable that the oblique side of the communication hole is opposed to the inclined portion of the outlet buffer portion.

本発明に係る燃料電池では、反応ガス流路を構成する各サーペンタイン流路溝は、それぞれの流路長さが略同一長さであるために流路抵抗が均一化されて、前記各サーペンタイン流路溝に反応ガスを均一に供給することができる。さらに、反応ガス流路を構成する略三角形状の入口バッファ部と略三角形状の出口バッファ部とを備えるとともに、前記入口バッファ部と前記出口バッファ部とは、互いに略対称形状に構成されている。   In the fuel cell according to the present invention, since each serpentine channel groove constituting the reaction gas channel has substantially the same channel length, the channel resistance is made uniform, so that each serpentine flow The reaction gas can be uniformly supplied to the road groove. Further, the apparatus includes a substantially triangular inlet buffer portion and a substantially triangular outlet buffer portion that constitute the reaction gas flow path, and the inlet buffer portion and the outlet buffer portion are configured to be substantially symmetrical with each other. .

従って、反応ガス入口連通孔から反応ガス出口連通孔に至る反応ガス流路全体の流路抵抗が均一化され、前記反応ガス流路における反応ガスの分配性が一層良好に向上する。これにより、燃料電池の発電性能を有効に維持することが可能になる。   Accordingly, the flow resistance of the entire reaction gas flow path from the reaction gas inlet communication hole to the reaction gas outlet communication hole is made uniform, and the distribution of the reaction gas in the reaction gas flow path is further improved. As a result, the power generation performance of the fuel cell can be effectively maintained.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視図であり、図2は、前記燃料電池10の一部断面説明図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional explanatory view of the fuel cell 10.

燃料電池10は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)12とセパレータ13とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ13は、互いに積層される第1及び第2金属プレート14、16を備える。   The fuel cell 10 is configured by alternately laminating electrolyte membrane / electrode structures (electrolyte / electrode structures) 12 and separators 13, and the separators 13 are first and second metal plates that are laminated to each other. 14 and 16 are provided.

図1に示すように、燃料電池10の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス(反応ガス)、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)20a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22a、及び燃料ガス(反応ガス)、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)24bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas (reactive gas), for example, an oxygen-containing gas is supplied to one end edge of the fuel cell 10 in the arrow B direction so as to communicate with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An oxidant gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 20a for supplying a coolant, a cooling medium inlet communication hole 22a for supplying a cooling medium, and a fuel gas (reactive gas), for example, a fuel for discharging a hydrogen-containing gas Gas outlet communication holes (reactive gas outlet communication holes) 24b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池10の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)24a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)20bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, discharges a fuel gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 24a for supplying fuel gas, and discharges the cooling medium. A cooling medium outlet communication hole 22b for the purpose and an oxidant gas outlet communication hole (reaction gas outlet communication hole) 20b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜26と、該固体高分子電解質膜26を挟持するアノード側電極28及びカソード側電極30とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 26 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 28 and a cathode side electrode that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 26. 30.

アノード側電極28及びカソード側電極30は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜26を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜26の両面に接合されている。   The anode side electrode 28 and the cathode side electrode 30 include a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer in which porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. Respectively. The electrode catalyst layers are bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 26 interposed therebetween.

図1及び図3に示すように、第1金属プレート14の電解質膜・電極構造体12側の面14aには、酸化剤ガス流路(反応ガス流路)32が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路32は、酸化剤ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス出口連通孔20bとに連通する。酸化剤ガス流路32は、酸化剤ガス入口連通孔20aに近接して設けられる略直角三角形状(略三角形状)の入口バッファ部34と、酸化剤ガス出口連通孔20bに近接して設けられる略直角三角形状(略三角形状)の出口バッファ部36とを備える。入口バッファ部34及び出口バッファ部36は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス34a、36aを設ける。   As shown in FIGS. 1 and 3, an oxidant gas flow path (reaction gas flow path) 32 is provided on the surface 14a of the first metal plate 14 on the electrolyte membrane / electrode structure 12 side. The gas flow path 32 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 20b. The oxidant gas passage 32 is provided in the vicinity of the substantially right triangle (substantially triangular) inlet buffer 34 provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 20b. And an outlet buffer portion 36 having a substantially right triangle shape (substantially triangular shape). The inlet buffer portion 34 and the outlet buffer portion 36 are configured to be substantially symmetrical with each other, and are provided with a plurality of embosses 34a and 36a.

入口バッファ部34と出口バッファ部36とは、3本の酸化剤ガス流路溝38a、38b及び38cを介して連通している。酸化剤ガス流路溝38a〜38cは、互いに平行して矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在している。具体的には、酸化剤ガス流路溝38a〜38cとしては、偶数回、例えば、2回の折り返し部位T1、T2を有して矢印B方向に一往復半のサーペンタイン流路溝を構成することにより、それぞれの流路長さが略同一長さに設定される。   The inlet buffer unit 34 and the outlet buffer unit 36 communicate with each other through three oxidant gas flow channel grooves 38a, 38b, and 38c. The oxidant gas channel grooves 38a to 38c extend in the direction of arrow C while meandering in the direction of arrow B in parallel with each other. Specifically, as the oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c, a serpentine flow channel groove having one and a half reciprocations in the direction of the arrow B having an even number of times, for example, two turn-back portions T1 and T2. Thus, the lengths of the respective channels are set to substantially the same length.

図3に示すように、入口バッファ部34の鉛直部(1辺)34bは、矢印C方向に向かって配置され、酸化剤ガス流路溝38a〜38cの終端部と略直交する一方、この入口バッファ部34の傾斜部34cは、酸化剤ガス入口連通孔20aに向かって配置される。この酸化剤ガス入口連通孔20aには、四角形、平行四辺形あるいは台形等、種々の形状が選択されるとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔20aを形成する内壁面には、入口バッファ部34に対向し且つ傾斜部34cに平行な斜辺37aが設けられる。   As shown in FIG. 3, the vertical portion (one side) 34 b of the inlet buffer portion 34 is arranged in the direction of the arrow C and is substantially orthogonal to the terminal portions of the oxidant gas flow channel grooves 38 a to 38 c. The inclined portion 34c of the buffer portion 34 is disposed toward the oxidant gas inlet communication hole 20a. Various shapes such as a quadrangle, a parallelogram, and a trapezoid are selected for the oxidant gas inlet communication hole 20a, and the inner wall surface forming the oxidant gas inlet communication hole 20a is connected to the inlet buffer 34. A hypotenuse 37a that is opposite and parallel to the inclined portion 34c is provided.

なお、酸化剤ガス入口連通孔20aの形状は、上記のように種々選択されるものであり、この酸化剤ガス入口連通孔20a側に膨出する張り出し部39a、39bを設けてもよい。以下、酸化剤ガス出口連通孔20b、燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bにおいても、上記の酸化剤ガス入口連通孔20aと同様に構成される。   The shape of the oxidant gas inlet communication hole 20a is variously selected as described above, and overhang portions 39a and 39b that bulge toward the oxidant gas inlet communication hole 20a may be provided. Hereinafter, the oxidant gas outlet communication hole 20b, the fuel gas inlet communication hole 24a, and the fuel gas outlet communication hole 24b are also configured similarly to the oxidant gas inlet communication hole 20a.

出口バッファ部36の鉛直部(1辺)36bは、矢印C方向に向かって配置され、酸化剤ガス流路溝38a〜38cの終端部と略直交するとともに、前記酸化剤ガス流路溝38a〜38cは、鉛直部34b、36b間で略同一長さに規制される。出口バッファ部36の傾斜部36cは、酸化剤ガス出口連通孔20bに対向して配置される。この酸化剤ガス出口連通孔20bを形成する内壁面には、傾斜部36cに平行な斜辺37bが設けられる。   A vertical portion (one side) 36b of the outlet buffer portion 36 is disposed in the direction of arrow C, is substantially orthogonal to the terminal portions of the oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c, and is also oxidant gas flow channel grooves 38a to 38a. 38c is regulated to approximately the same length between the vertical portions 34b and 36b. The inclined portion 36c of the outlet buffer portion 36 is disposed to face the oxidizing gas outlet communication hole 20b. A hypotenuse 37b parallel to the inclined portion 36c is provided on the inner wall surface forming the oxidant gas outlet communication hole 20b.

第1金属プレート14の面14aには、酸化剤ガス入口連通孔20a、酸化剤ガス出口連通孔20b及び酸化剤ガス流路32を覆って酸化剤ガスのシールを行う線状シール40が設けられる。   The surface 14a of the first metal plate 14 is provided with a linear seal 40 that covers the oxidant gas inlet communication hole 20a, the oxidant gas outlet communication hole 20b, and the oxidant gas flow path 32 and seals the oxidant gas. .

第1金属プレート14と第2金属プレート16との互いに対向する面14b、16aには、冷却媒体流路42が一体的に形成される。図4に示すように、冷却媒体流路42は、冷却媒体入口連通孔22aの矢印C方向の両端近傍に設けられる、例えば、略三角形状の第1及び第2の入口バッファ部44、46と、冷却媒体出口連通孔22bの矢印C方向の両端近傍に設けられる、例えば、略三角形状の第1及び第2の出口バッファ部48、50とを備える。   A cooling medium flow path 42 is integrally formed on the surfaces 14b and 16a of the first metal plate 14 and the second metal plate 16 facing each other. As shown in FIG. 4, the cooling medium flow path 42 is provided in the vicinity of both ends in the direction of arrow C of the cooling medium inlet communication hole 22a, for example, substantially triangular first and second inlet buffer portions 44 and 46, and The cooling medium outlet communication holes 22b are provided in the vicinity of both ends in the direction of arrow C, for example, with first and second outlet buffer parts 48 and 50 having a substantially triangular shape.

第1の入口バッファ部44と第2の出口バッファ部50とは、互いに略対称形状に構成されるとともに、第2の入口バッファ部46と第1の出口バッファ部48とは、互いに略対称形状に構成される。第1の入口バッファ部44、第2の入口バッファ部46、第1の出口バッファ部48及び第2の出口バッファ部50は、複数のエンボス44a、46a、48a及び50aにより構成されている。   The first inlet buffer unit 44 and the second outlet buffer unit 50 are configured to be substantially symmetrical with each other, and the second inlet buffer unit 46 and the first outlet buffer unit 48 are substantially symmetrical to each other. Configured. The first inlet buffer unit 44, the second inlet buffer unit 46, the first outlet buffer unit 48, and the second outlet buffer unit 50 are configured by a plurality of embosses 44a, 46a, 48a, and 50a.

冷却媒体入口連通孔22aと第1及び第2の入口バッファ部44、46とは、第1及び第2の入口連絡流路52、54を介して連通する一方、冷却媒体出口連通孔22bと第1及び第2の出口バッファ部48、50とは、第1及び第2の出口連絡流路56、58を介して連通する。第1の入口連絡流路52は、例えば、2本の流路溝を備えるとともに、第2の入口連絡流路54は、例えば、6本の流路溝を備える。同様に、第1の出口連絡流路56は、6本の流路溝を設ける一方、第2の出口連絡流路58は、2本の流路溝を設ける。   The cooling medium inlet communication hole 22a and the first and second inlet buffer portions 44 and 46 communicate with each other via the first and second inlet communication channels 52 and 54, while the cooling medium outlet communication hole 22b and the first communication hole 22b. The first and second outlet buffer portions 48 and 50 communicate with each other via first and second outlet communication channels 56 and 58. The first inlet communication channel 52 includes, for example, two channel grooves, and the second inlet communication channel 54 includes, for example, six channel grooves. Similarly, the first outlet communication channel 56 is provided with six channel grooves, while the second outlet communication channel 58 is provided with two channel grooves.

第1の入口連絡流路52の流路本数と第2の入口連絡流路54の流路本数とは、2本と6本とに限定されるものではなく、また、それぞれの流路本数が同一に設定されていてもよい。第1及び第2の出口連絡流路56、58においても同様である。   The number of flow paths of the first inlet communication flow path 52 and the number of flow paths of the second inlet communication flow path 54 are not limited to 2 and 6, and the number of the respective flow paths is The same may be set. The same applies to the first and second outlet communication channels 56 and 58.

第1の入口バッファ部44と第1の出口バッファ部48とは、矢印B方向に延在する直線状流路溝60、62、64及び66を介して連通するとともに、第2の入口バッファ部46と第2の出口バッファ部50とは、矢印B方向に延在する直線状流路溝68、70、72及び74を介して連通する。直線状流路溝66、68間には、矢印B方向に所定の長さだけ延在して直線状流路溝76、78が設けられる。   The first inlet buffer unit 44 and the first outlet buffer unit 48 communicate with each other via linear flow channel grooves 60, 62, 64 and 66 extending in the direction of arrow B, and the second inlet buffer unit. 46 and the second outlet buffer section 50 communicate with each other through linear flow channel grooves 68, 70, 72 and 74 extending in the direction of arrow B. Between the linear flow channel grooves 66 and 68, linear flow channel grooves 76 and 78 are provided so as to extend a predetermined length in the arrow B direction.

直線状流路溝60〜74は、矢印C方向に延在する直線状流路溝80、82を介して連通する。直線状流路溝62〜78は、矢印C方向に延在する直線状流路溝84、86を介して連通するとともに、直線状流路溝64、66及び76と直線状流路溝68、70及び78とは、矢印C方向に断続的に延在する直線状流路溝88及び90を介して連通する。   The linear flow channel grooves 60 to 74 communicate with each other via linear flow channel grooves 80 and 82 extending in the direction of arrow C. The straight flow channel grooves 62 to 78 communicate with each other via the straight flow channel grooves 84 and 86 extending in the direction of the arrow C, and the straight flow channel grooves 64, 66 and 76 and the straight flow channel grooves 68, 70 and 78 communicate with each other via linear flow channel grooves 88 and 90 extending intermittently in the direction of arrow C.

冷却媒体流路42は、第1金属プレート14と第2金属プレート16とに振り分けられており、前記第1及び第2金属プレート14、16を互いに重ね合わせることによって、前記冷却媒体流路42が形成される。図5に示されるように、第1金属プレート14の面14bには、面14a側に形成される酸化剤ガス流路32を避けるようにして冷却媒体流路42の一部が形成される。   The cooling medium flow path 42 is distributed between the first metal plate 14 and the second metal plate 16, and the cooling medium flow path 42 is formed by overlapping the first and second metal plates 14, 16 with each other. It is formed. As shown in FIG. 5, a part of the cooling medium flow path 42 is formed on the surface 14b of the first metal plate 14 so as to avoid the oxidant gas flow path 32 formed on the surface 14a side.

なお、面14bには、面14aに形成された酸化剤ガス流路32が凸状に突出しているが、冷却媒体流路42を分かり易くするために、該凸状の部分の図示は省略する。また、図6に示す面16aでも同様に、面16bに形成された後述する燃料ガス流路(反応ガス流路)96が前記面16aに凸状に突出する部分の図示は省略する。   In addition, although the oxidant gas flow path 32 formed on the surface 14a protrudes in a convex shape on the surface 14b, the convex portion is not shown for easy understanding of the cooling medium flow channel 42. . Similarly, in the surface 16a shown in FIG. 6, illustration of a portion in which a later-described fuel gas channel (reactive gas channel) 96 formed on the surface 16b protrudes convexly on the surface 16a is omitted.

面14bには、冷却媒体入口連通孔22aに2本の第1の入口連絡流路52を介して連通する第1の入口バッファ部44と、冷却媒体出口連通孔22bに2本の第2の出口連絡流路58を介して連通する第2の出口バッファ部50とが設けられる。   The surface 14b has a first inlet buffer portion 44 communicating with the cooling medium inlet communication hole 22a via two first inlet communication channels 52, and two second holes connected to the cooling medium outlet communication hole 22b. A second outlet buffer unit 50 communicating with the outlet communication channel 58 is provided.

第1の入口バッファ部44には、酸化剤ガス流路溝38a〜38cの折り返し部位T2及び出口バッファ部36を避けるようにして、溝部60a、62a、64a及び66aが矢印B方向に沿って断続的且つ所定の長さに設けられる。第2の出口バッファ部50には、酸化剤ガス流路溝38a〜38cの折り返し部位T1及び入口バッファ部34を避けるようにして、溝部68a、70a、72a及び74aが矢印B方向に沿って所定の位置に設けられる。   In the first inlet buffer portion 44, the groove portions 60a, 62a, 64a and 66a are intermittently provided along the arrow B direction so as to avoid the folded portion T2 and the outlet buffer portion 36 of the oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c. And a predetermined length. In the second outlet buffer unit 50, grooves 68a, 70a, 72a and 74a are predetermined along the direction of arrow B so as to avoid the folded portion T1 of the oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c and the inlet buffer unit 34. It is provided in the position.

溝部60a〜78aは、それぞれ直線状流路溝60〜78の一部を構成している。直線状流路溝80〜90を構成する溝部80a〜90aは、蛇行する酸化剤ガス流路溝38a〜38cを避けるようにして、矢印C方向にそれぞれ所定の長さにわたって設けられる。   The groove portions 60a to 78a constitute part of the linear flow channel grooves 60 to 78, respectively. The groove portions 80a to 90a constituting the straight flow path grooves 80 to 90 are provided over a predetermined length in the direction of arrow C so as to avoid meandering oxidant gas flow path grooves 38a to 38c.

図6に示すように、第2金属プレート16の面16aには、後述する燃料ガス流路96を避けるようにして冷却媒体流路42の一部が形成される。具体的には、冷却媒体入口連通孔22aに連通する第2の入口バッファ部46と、冷却媒体出口連通孔22bに連通する第1の出口バッファ部48とが設けられる。   As shown in FIG. 6, a part of the cooling medium flow path 42 is formed on the surface 16a of the second metal plate 16 so as to avoid a fuel gas flow path 96 described later. Specifically, a second inlet buffer portion 46 that communicates with the cooling medium inlet communication hole 22a and a first outlet buffer portion 48 that communicates with the cooling medium outlet communication hole 22b are provided.

第2の入口バッファ部46には、直線状流路溝68〜74を構成する溝部68b〜74bが矢印B方向に沿って所定の長さに且つ断続的に連通する一方、第1の出口バッファ部48には、直線状流路溝60〜66を構成する溝部60b〜66bが所定の形状に設定されて連通する。面16aには、直線状流路溝80〜90を構成する溝部80b〜90bが矢印C方向に延在して設けられる。   While the groove portions 68b to 74b constituting the straight flow path grooves 68 to 74 are intermittently communicated with the second inlet buffer portion 46 in a predetermined length along the arrow B direction, Grooves 60b to 66b constituting the straight flow path grooves 60 to 66 are set in a predetermined shape and communicated with the part 48. On the surface 16a, groove portions 80b to 90b constituting the straight flow path grooves 80 to 90 are provided extending in the direction of the arrow C.

冷却媒体流路42において、矢印B方向に延在する直線状流路溝60〜78の一部は、それぞれの溝部60a〜78a及び60b〜78bが互いに対向することにより、流路断面積を他の部分の2倍に拡大して主流路が構成されている(図4参照)。直線状流路溝80〜90は、一部を重合させてそれぞれ第1及び第2金属プレート14、16に振り分けられている。第1金属プレート14の面14aと第2金属プレート16の面16aとの間には、冷却媒体流路42を囲繞する線状シール40aが介装されている。   In the cooling medium flow path 42, a part of the straight flow path grooves 60 to 78 extending in the direction of the arrow B has different flow path cross-sectional areas because the respective groove portions 60 a to 78 a and 60 b to 78 b face each other. The main flow path is configured by enlarging twice as much as this part (see FIG. 4). The straight channel grooves 80 to 90 are partly polymerized and distributed to the first and second metal plates 14 and 16, respectively. Between the surface 14a of the first metal plate 14 and the surface 16a of the second metal plate 16, a linear seal 40a surrounding the cooling medium flow path 42 is interposed.

図7に示すように、第2金属プレート16の電解質膜・電極構造体12側の面16bには、燃料ガス流路96が設けられる。燃料ガス流路96は、燃料ガス入口連通孔24aに近接して設けられる略直角三角形状(略三角形状)の入口バッファ部98と、燃料ガス出口連通孔24bに近接して設けられる略直角三角形状(略三角形状)の出口バッファ部100とを備える。   As shown in FIG. 7, a fuel gas channel 96 is provided on the surface 16 b of the second metal plate 16 on the electrolyte membrane / electrode structure 12 side. The fuel gas channel 96 has a substantially right triangle (substantially triangular) inlet buffer portion 98 provided in the vicinity of the fuel gas inlet communication hole 24a, and a substantially right triangle in the vicinity of the fuel gas outlet communication hole 24b. And an outlet buffer section 100 having a shape (substantially triangular).

入口バッファ部98及び出口バッファ部100は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス98a、100aを設けており、例えば、3本の燃料ガス流路溝102a、102b及び102cを介して連通する。燃料ガス流路溝102a〜102cは、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在しており、偶数回、例えば、2回の折り返し部位T3、T4を設けて実質的に一往復半のサーペンタイン流路溝に構成されることにより、それぞれの流路長さが略同一長さに設定される。   The inlet buffer unit 98 and the outlet buffer unit 100 are configured to be substantially symmetrical with each other, and are provided with a plurality of embosses 98a and 100a, for example, via three fuel gas flow channel grooves 102a, 102b and 102c. Communicate. The fuel gas flow channel grooves 102a to 102c extend in the direction of the arrow C while meandering in the direction of the arrow B, and are provided with an even number of times, for example, two turn-back portions T3 and T4, so By constituting the serpentine channel groove, each channel length is set to substantially the same length.

入口バッファ部98の鉛直部(1辺)98bは、矢印C方向に配置され、燃料ガス流路溝102a〜102cの終端部と略直交するとともに、傾斜部98cは、燃料ガス入口連通孔24aに向かって配置される。この燃料ガス入口連通孔24aを構成する内壁面には、傾斜部98cに対向し且つ該傾斜部98cに平行な斜辺104aが形成される。出口バッファ部100の鉛直部(1辺)100bは、矢印C方向に配置され、燃料ガス流路溝102a〜102cの終端部と略直交するとともに、傾斜部100cは、燃料ガス出口連通孔24bに対向して配置される。この燃料ガス出口連通孔24bを構成する内壁面には、傾斜部100cに平行な斜辺104bが形成される。面16bには、燃料ガス流路96を囲繞する線状シール40bが設けられる。   The vertical portion (one side) 98b of the inlet buffer portion 98 is disposed in the direction of arrow C, is substantially orthogonal to the end portions of the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c, and the inclined portion 98c is formed in the fuel gas inlet communication hole 24a. It is arranged toward. On the inner wall surface constituting the fuel gas inlet communication hole 24a, a hypotenuse 104a is formed facing the inclined portion 98c and parallel to the inclined portion 98c. The vertical portion (one side) 100b of the outlet buffer portion 100 is disposed in the direction of arrow C, is substantially orthogonal to the end portions of the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c, and the inclined portion 100c is formed in the fuel gas outlet communication hole 24b. Opposed to each other. A hypotenuse 104b parallel to the inclined portion 100c is formed on the inner wall surface constituting the fuel gas outlet communication hole 24b. A linear seal 40b surrounding the fuel gas flow path 96 is provided on the surface 16b.

このように構成される本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。   The operation of the fuel cell 10 according to this embodiment configured as described above will be described below.

図1に示すように、燃料ガス入口連通孔24aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔20aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   As shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 24a, and an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 20a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔20aから第1金属プレート14の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガス流路32では、図3に示すように、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部34に導入された後、酸化剤ガス流路溝38a〜38cに分散される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路溝38a〜38cを介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極30に沿って移動する。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas channel 32 of the first metal plate 14 from the oxidant gas inlet communication hole 20a. In the oxidant gas flow path 32, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is once introduced into the inlet buffer 34 and then dispersed in the oxidant gas flow path grooves 38a to 38c. For this reason, the oxidant gas moves along the cathode side electrode 30 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 while meandering through the oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔24aから第2金属プレート16の燃料ガス流路96に導入される。この燃料ガス流路96では、図7に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部98に導入された後、燃料ガス流路溝102a〜102cに分散される。さらに、燃料ガスは、燃料ガス流路溝102a〜102cを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に沿って移動する。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas channel 96 of the second metal plate 16 from the fuel gas inlet communication hole 24a. In the fuel gas channel 96, as shown in FIG. 7, the fuel gas is once introduced into the inlet buffer portion 98 and then dispersed in the fuel gas channel grooves 102a to 102c. Further, the fuel gas meanders through the fuel gas flow channel grooves 102 a to 102 c and moves along the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極30に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極28に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 30 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 28 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、アノード側電極28に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部100から燃料ガス出口連通孔24bに排出される。同様に、カソード側電極30に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部36から酸化剤ガス出口連通孔20bに排出される。   Next, the consumed fuel gas supplied to the anode side electrode 28 is discharged from the outlet buffer unit 100 to the fuel gas outlet communication hole 24b. Similarly, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 30 is discharged from the outlet buffer 36 to the oxidant gas outlet communication hole 20b.

一方、冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、第1及び第2金属プレート14、16間に形成された冷却媒体流路42に導入される。この冷却媒体流路42では、図4に示すように、冷却媒体入口連通孔22aから矢印C方向に延在する第1及び第2の入口連絡流路52、54を介して第1及び第2の入口バッファ部44、46に冷却媒体が一旦導入される。   On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 22 a is introduced into a cooling medium flow path 42 formed between the first and second metal plates 14 and 16. In the cooling medium flow path 42, as shown in FIG. 4, the first and second inlets 52 and 54 extend from the cooling medium inlet communication hole 22a in the direction of the arrow C. The cooling medium is once introduced into the inlet buffer sections 44 and 46.

第1及び第2の入口バッファ部44、46に導入された冷却媒体は、直線状流路溝60〜66及び68〜74に分散されて水平方向(矢印B方向)に移動するとともに、その一部が直線状流路溝80〜90及び76、78に供給される。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12の発電面全面にわたって供給された後、第1及び第2の出口バッファ部48、50に一旦導入され、さらに第1及び第2の出口連絡流路56、58を介して冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   The cooling medium introduced into the first and second inlet buffer sections 44 and 46 is dispersed in the linear flow channel grooves 60 to 66 and 68 to 74 and moves in the horizontal direction (arrow B direction). Are supplied to the straight flow channel grooves 80 to 90 and 76, 78. Therefore, after the cooling medium is supplied over the entire power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 12, it is once introduced into the first and second outlet buffer portions 48 and 50, and further, the first and second outlet communication flows. It is discharged to the cooling medium outlet communication hole 22b through the paths 56 and 58.

この場合、本実施形態では、図7に示すように、燃料ガス流路96は、面16b内に2回の折り返し部位T3、T4を有する3本の燃料ガス流路溝102a〜102cを備え、前記燃料ガス流路溝102a〜102cの流路長さが略同一長さに設定されている。このため、燃料ガス流路溝102a〜102cにおける燃料ガスの流路抵抗が均一化され、前記燃料ガス流路溝102a〜102cに沿って燃料ガスを均一に供給することができる。   In this case, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the fuel gas flow path 96 includes three fuel gas flow path grooves 102 a to 102 c having two turn-back portions T3 and T4 in the surface 16 b. The fuel gas channel grooves 102a to 102c are set to have substantially the same channel length. Therefore, the flow resistance of the fuel gas in the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c is made uniform, and the fuel gas can be supplied uniformly along the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c.

さらに、燃料ガス流路96は、それぞれ略三角形状の入口バッファ部98と出口バッファ部100とを備えるとともに、前記入口バッファ部98と前記出口バッファ部100とは、互いに略対称形状に構成されている。従って、図8に示すように、燃料ガス流路溝102a〜102cの両側では、それぞれ入口バッファ部98の流路抵抗と出口バッファ部100の流路抵抗との和が略同一の値となっている。   Furthermore, the fuel gas channel 96 includes a substantially triangular inlet buffer portion 98 and an outlet buffer portion 100, respectively, and the inlet buffer portion 98 and the outlet buffer portion 100 are configured to be substantially symmetrical with each other. Yes. Therefore, as shown in FIG. 8, the sum of the flow path resistance of the inlet buffer unit 98 and the flow path resistance of the outlet buffer unit 100 becomes substantially the same value on both sides of the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c. Yes.

これにより、燃料ガス入口連通孔24aから燃料ガス出口連通孔24bに至る燃料ガス流路96全体の流路抵抗が均一化され、前記燃料ガス流路96における燃料ガスの分配性が一層良好に向上する。このため、アノード側電極28の電極面全面にわたって燃料ガスを均一且つ確実に供給することができるという効果が得られる。   Thereby, the flow resistance of the entire fuel gas flow path 96 from the fuel gas inlet communication hole 24a to the fuel gas outlet communication hole 24b is made uniform, and the fuel gas distribution property in the fuel gas flow path 96 is further improved. To do. For this reason, the effect that fuel gas can be supplied uniformly and reliably over the whole electrode surface of the anode side electrode 28 is acquired.

しかも、入口バッファ部98及び出口バッファ部100には、複数のエンボス98a、100aが設けられている。従って、燃料ガスを均一に分配することができるとともに、強度の向上を図って隣接する電解質膜・電極構造体12を確実に支持することが可能になる。   Moreover, the inlet buffer section 98 and the outlet buffer section 100 are provided with a plurality of embossments 98a and 100a. Accordingly, the fuel gas can be distributed uniformly, and the strength of the fuel gas can be improved and the adjacent electrolyte membrane / electrode structure 12 can be reliably supported.

また、入口バッファ部98及び出口バッファ部100は、略三角形状に構成されるため、従来の長方形状のバッファ部に比べて面積を削減することができる。これにより、入口バッファ部98及び出口バッファ部100の専有面積が有効に狭小化され、セパレータ13自体の小型化が容易に図られるという効果が得られる。   Further, since the inlet buffer unit 98 and the outlet buffer unit 100 are configured in a substantially triangular shape, the area can be reduced as compared with a conventional rectangular buffer unit. Thereby, the exclusive area of the inlet buffer unit 98 and the outlet buffer unit 100 is effectively narrowed, and the effect that the separator 13 itself can be easily reduced in size is obtained.

さらにまた、入口バッファ部98及び出口バッファ部100の傾斜部98c、100cは、燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bの斜辺104a、104bに対向し且つ該傾斜部98c、100cに平行している。従って、コンパクトな構成で、燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bの断面積を良好に確保することが可能になる。   Furthermore, the inclined portions 98c and 100c of the inlet buffer portion 98 and the outlet buffer portion 100 face the oblique sides 104a and 104b of the fuel gas inlet communication hole 24a and the fuel gas outlet communication hole 24b and are parallel to the inclined portions 98c and 100c. is doing. Accordingly, it is possible to satisfactorily ensure the cross-sectional areas of the fuel gas inlet communication hole 24a and the fuel gas outlet communication hole 24b with a compact configuration.

さらに、入口バッファ部98及び出口バッファ部100の鉛直部98b、100bは、燃料ガス流路溝102a〜102cの終端部と略直交している。このため、入口バッファ部98から燃料ガス流路溝102a〜102cに燃料ガスを円滑に流すことができるとともに、前記燃料ガス流路溝102a〜102cから出口バッファ部100に前記燃料ガスを円滑に流すことが可能になる。   Further, the vertical portions 98b and 100b of the inlet buffer portion 98 and the outlet buffer portion 100 are substantially orthogonal to the end portions of the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c. Therefore, the fuel gas can flow smoothly from the inlet buffer portion 98 to the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c, and the fuel gas can flow smoothly from the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c to the outlet buffer portion 100. It becomes possible.

一方、図3に示すように、酸化剤ガス流路32では、上記の燃料ガス流路96と同様に、3本の酸化剤ガス流路溝38a〜38cが、略同一長さを有するサーペンタイン流路溝を構成している。さらに、酸化剤ガス流路溝38a〜38cの両端に設けられる入口バッファ部34と出口バッファ部36とは、略三角形状で且つ互いに略対称形状に構成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 3, in the oxidant gas flow channel 32, like the fuel gas flow channel 96, the three oxidant gas flow channel grooves 38 a to 38 c have a serpentine flow having substantially the same length. It constitutes a road groove. Furthermore, the inlet buffer part 34 and the outlet buffer part 36 provided at both ends of the oxidant gas flow path grooves 38a to 38c are substantially triangular and substantially symmetrical with each other.

従って、酸化剤ガス入口連通孔20aから酸化剤ガス出口連通孔20bに至る酸化剤ガス流路32全体の流路抵抗が確実に均一化され、前記酸化剤ガス流路32における酸化剤ガスの分配性が有効に向上する。このため、カソード側電極30の電極面全面にわたって酸化剤ガスを均一且つ確実に供給することが可能になる。これにより、燃料電池10の発電性能を有効に維持することができるという利点が得られる。   Accordingly, the flow resistance of the entire oxidant gas flow path 32 extending from the oxidant gas inlet communication hole 20a to the oxidant gas outlet communication hole 20b is surely made uniform, and the oxidant gas distribution in the oxidant gas flow path 32 is ensured. The efficiency is effectively improved. For this reason, it becomes possible to supply oxidant gas uniformly and reliably over the whole electrode surface of the cathode side electrode 30. Thereby, the advantage that the power generation performance of the fuel cell 10 can be effectively maintained is obtained.

なお、酸化剤ガス流路溝38a〜38c及び燃料ガス流路溝102a〜102cは、2回の折り返し部位を有する一往復半のサーペンタイン流路溝を構成しているが、これに限定されるものではなく、4回又は6回等、偶数回の折り返し部位を有していればよい。   The oxidant gas flow channel grooves 38a to 38c and the fuel gas flow channel grooves 102a to 102c constitute one reciprocal half serpentine flow channel having two folded portions, but are not limited thereto. Instead, it is only necessary to have an even number of folding sites, such as 4 times or 6 times.

また、本実施形態では、略三角形状のバッファ部として、例えば、入口バッファ部34を用いて説明したが、これに限定されるものではない。図9に示す入口バッファ部120は、底辺部120a及び上辺部120bを有する略三角形状(略台形状を含む)に構成される。一方、図10に示す入口バッファ部130は、傾斜底辺部130aを有する略三角形状に構成される。   Further, in the present embodiment, for example, the inlet buffer unit 34 has been described as the substantially triangular buffer unit, but the present invention is not limited to this. The inlet buffer unit 120 shown in FIG. 9 is configured in a substantially triangular shape (including a substantially trapezoidal shape) having a bottom side 120a and a top side 120b. On the other hand, the inlet buffer portion 130 shown in FIG. 10 is configured in a substantially triangular shape having an inclined bottom portion 130a.

本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 前記燃料電池の一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory view of the fuel cell. 第1金属プレートの一方の面の正面説明図である。It is front explanatory drawing of one surface of a 1st metal plate. セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a cooling medium channel formed in a separator. 前記第1金属プレートの他方の面の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the other surface of the said 1st metal plate. 第2金属プレートの正面説明図である。It is front explanatory drawing of a 2nd metal plate. 前記第2金属プレートの他方の面の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the other surface of the said 2nd metal plate. 燃料ガス流路の位置と流路抵抗との関係図であるFIG. 6 is a relationship diagram between the position of the fuel gas flow path and the flow path resistance. 他の形状を有する入口バッファ部の説明図である。It is explanatory drawing of the entrance buffer part which has another shape. さらに別の形状を有する入口バッファ部の説明図である。It is explanatory drawing of the entrance buffer part which has another shape. 特許文献1の燃料電池のガス通路板の説明図である。6 is an explanatory view of a gas passage plate of a fuel cell of Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池 12…電解質膜・電極構造体
13…セパレータ 14、16…金属プレート
20a…酸化剤ガス入口連通孔 20b…酸化剤ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24a…燃料ガス入口連通孔 24b…燃料ガス出口連通孔
26…固体高分子電解質膜 28…アノード側電極
30…カソード側電極 32…酸化剤ガス流路
34、44、46、98、120、130…入口バッファ部
36、48、50、100…出口バッファ部
38a〜38c…酸化剤ガス流路溝 42…冷却媒体流路
96…燃料ガス流路 102a〜102c…燃料ガス流路溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 12 ... Electrolyte membrane and electrode structure 13 ... Separator 14, 16 ... Metal plate 20a ... Oxidant gas inlet communication hole 20b ... Oxidant gas outlet communication hole 22a ... Cooling medium inlet communication hole 22b ... Cooling medium outlet communication Hole 24a ... Fuel gas inlet communication hole 24b ... Fuel gas outlet communication hole 26 ... Solid polymer electrolyte membrane 28 ... Anode side electrode 30 ... Cathode side electrode 32 ... Oxidant gas flow path 34, 44, 46, 98, 120, 130 ... Inlet buffer parts 36, 48, 50, 100 ... Outlet buffer parts 38a to 38c ... Oxidant gas flow path groove 42 ... Cooling medium flow path 96 ... Fuel gas flow path 102a-102c ... Fuel gas flow path groove

Claims (3)

電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池であって、
前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給するための反応ガス流路を備え、
前記反応ガス流路は、セパレータ面内に偶数回の折り返し部位を有する複数本の略同一長さのサーペンタイン流路溝と、
前記サーペンタイン流路溝を前記反応ガス入口連通孔に連通する略三角形状の入口バッファ部と、
前記サーペンタイン流路溝を前記反応ガス出口連通孔に連通する略三角形状の出口バッファ部と、
を備え、
前記入口バッファ部と前記出口バッファ部とは、互いに略対称形状に構成され
前記入口バッファ部の1辺は、前記サーペンタイン流路溝の一方の終端部と略直交し、
前記出口バッファ部の1辺は、前記サーペンタイン流路溝の他方の終端部と略直交し、
前記反応ガス入口連通孔は、前記サーペンタイン流路溝の一方の全終端部の延長方向に配置され、
前記反応ガス出口連通孔は、前記サーペンタイン流路溝の他方の全終端部の延長方向に配置されていることを特徴とする燃料電池。
It has an electrolyte / electrode structure constructed by sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes, and alternately stacks the electrolyte / electrode structure and separator, and penetrates in the stacking direction to react gas inlet communication holes and reactions. A fuel cell in which a gas outlet communication hole is formed,
A reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the surface direction of the electrode;
The reaction gas flow path includes a plurality of serpentine flow path grooves having substantially the same length and having an even number of turn-back portions in the separator surface,
A substantially triangular inlet buffer portion communicating the serpentine flow channel with the reactive gas inlet communication hole;
A substantially triangular outlet buffer portion communicating the serpentine flow channel with the reactive gas outlet communication hole;
With
The inlet buffer portion and the outlet buffer portion are configured in a substantially symmetrical shape with respect to each other .
One side of the inlet buffer portion is substantially orthogonal to one end portion of the serpentine channel groove,
One side of the outlet buffer portion is substantially orthogonal to the other end portion of the serpentine channel groove,
The reaction gas inlet communication hole is disposed in the extending direction of one end of one end of the serpentine flow channel,
The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas outlet communication hole is arranged in an extending direction of the other end portion of the other serpentine channel groove .
請求項1記載の燃料電池において、少なくとも前記入口バッファ部又は前記出口バッファ部の一方には、複数のエンボスが設けられることを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein at least one of the inlet buffer portion and the outlet buffer portion is provided with a plurality of embosses. 請求項1又は2記載の燃料電池において、前記反応ガス入口連通孔及び前記反応ガス出口連通孔は、少なくとも1辺に斜辺を設けるとともに、
前記反応ガス入口連通孔の前記斜辺は、前記入口バッファ部の傾斜部に対向する一方、前記反応ガス出口連通孔の前記斜辺は、前記出口バッファ部の傾斜部に対向することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the reactive gas inlet communication hole and the reactive gas outlet communication hole are provided with a hypotenuse on at least one side,
The oblique side of the reaction gas inlet communication hole faces the inclined portion of the inlet buffer portion, while the oblique side of the reaction gas outlet communication hole faces the inclined portion of the outlet buffer portion. battery.
JP2003360900A 2002-10-28 2003-10-21 Fuel cell Expired - Fee Related JP4344584B2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003360900A JP4344584B2 (en) 2002-11-20 2003-10-21 Fuel cell
EP10011340A EP2280439A3 (en) 2002-10-28 2003-10-28 Fuel cell
CA002503796A CA2503796C (en) 2002-10-28 2003-10-28 Fuel cell employing solid ion exchange polymer electrolyte membrane
EP03758973.6A EP1557894B1 (en) 2002-10-28 2003-10-28 Fuel cell
US10/533,143 US7618735B2 (en) 2002-10-28 2003-10-28 Fuel cell with triangular buffers
PCT/JP2003/013756 WO2004038841A1 (en) 2002-10-28 2003-10-28 Fuel cell
US12/570,857 US7867666B2 (en) 2002-10-28 2009-09-30 Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002336742 2002-11-20
JP2003360900A JP4344584B2 (en) 2002-11-20 2003-10-21 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004186138A JP2004186138A (en) 2004-07-02
JP4344584B2 true JP4344584B2 (en) 2009-10-14

Family

ID=32774644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003360900A Expired - Fee Related JP4344584B2 (en) 2002-10-28 2003-10-21 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4344584B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7348094B2 (en) * 2004-12-10 2008-03-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Enhanced flowfield plates
JP5017780B2 (en) * 2005-02-04 2012-09-05 住友金属工業株式会社 Flow path design method for fuel cell separator
JP5128861B2 (en) * 2007-06-21 2013-01-23 本田技研工業株式会社 Fuel cell
JP5301406B2 (en) * 2009-10-01 2013-09-25 本田技研工業株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004186138A (en) 2004-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4081428B2 (en) Fuel cell
JP4384485B2 (en) Fuel cell
JP4245091B2 (en) Fuel cell
JP4917755B2 (en) Fuel cell
US7867666B2 (en) Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant
JP5227543B2 (en) Fuel cell
JP2007005235A (en) Fuel cell
JP4268536B2 (en) Fuel cell
JP4886668B2 (en) Fuel cell
JP4081432B2 (en) Fuel cell
JP5235351B2 (en) Fuel cell
JP4664097B2 (en) Fuel cell
JP2006236612A (en) Fuel cell
JP5042507B2 (en) Fuel cell
CA2490669C (en) Fuel cell
JP4803957B2 (en) Internal manifold fuel cell
JP5016228B2 (en) Fuel cell
JP4268400B2 (en) Fuel cell
JP4362345B2 (en) Fuel cell
JP4344584B2 (en) Fuel cell
JP5274908B2 (en) Fuel cell stack
JP4130889B2 (en) Fuel cell
JP4390513B2 (en) Fuel cell
JP5583824B2 (en) Fuel cell
JP4486357B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090217

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090707

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090713

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130717

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140717

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees