JP4650424B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
セルの発電領域においては、セパレータには、アノードに燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路が形成されている。セパレータの燃料ガス流路の背面側と、セパレータの酸化ガス流路の背面側には、冷媒(冷却水)流路が形成される。セルの発電領域において、セパレータは拡散層を介してMEAを押圧し、発電され水が生成される。
従来、特開2001−143725号公報に開示されているように、また、図12〜図15に示すように、反応ガス流路(燃料ガス流路3、酸化ガス流路4)がサーペンタイン流路(蛇状に屈曲する流路)から構成される場合、発電反応部5を挟むセパレータ1、2は、サーペンタイン流路を形成するガス流路分割リブ6と、流路内に形成される多数の凸部7とを有する。また、反応ガス流路がサーペンタイン流路から構成される場合、発電で反応ガスが消費されても下流部で所定流速以上のガス流速が得られるように、下流部の流路幅D2を上流部の流路幅D1より狭くしてある。
しかし、水素の消費量とエアのうちの酸素の消費量とが異なり、燃料ガス側と酸化ガス側でガス流路分割リブ6によるガス流路分割比が異なるため、従来のセパレータ構造では、セパレータ1、2で発電反応部5を挟んだ場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータのガス流路分割リブ6が、通常、セパレータ1、発電反応部5、セパレータ2の積層方向に、互いに対向しない。その結果、図14に示すように、ガス流路分割リブ6と凸部7とで発電反応部5を挟む領域において、凸部7と凸部7の間の部分(ガスが流れる部分)が発電反応部5をガス流路分割リブ6に押し付けることができず発電反応部5が波打ち形状を呈し、ガス流路分割リブ6と発電反応部5との間にガスの通り抜け路9が生じ、図15に示すように、ガス流路分割リブ6の両側のガス流路部分間に短絡して流れるガス量が増えてしまって、発電性能が低下するという課題が生じる。
ガス流路分割リブ6直下のガスの通り抜けを低減するためにセパレータ1、2のガス流路分割リブ6を互いに対向する位置に設けると、セパレータ1、2の何れか少なくとも一方のガス流路のガス流路分割比が適正値から外れてしまい、ガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全、等の別の課題が生じる。
本発明の目的は、セパレータが発電反応部に両側から接触する面積を増加させることにより、ガス流路のガス流路分割比を維持したまま、ガス流路分割リブ直下のガスの通り抜けを低減する燃料電池を提供することにある。
(1) 発電反応部を挟んで互いに対向するセパレータを備え、各セパレータが、ガス流路と、該ガス流路の一部分を該一部分に隣接する隣接部分から区切るガス流路分割リブと、前記ガス流路内に形成された凸部とを有している燃料電池であって、
発電反応部を挟んで対向するセパレータの少なくとも一方のセパレータである第1のセパレータに、該第1のセパレータの対向セパレータである第2のセパレータのガス流路分割リブと対向する前記第1のセパレータの領域(S)に、前記凸部に代えて、前記第2のセパレータのガス流路分割リブとで発電反応部を挟持する挟持リブが形成されており、
前記第1のセパレータの前記領域(S)で、前記挟持リブの発電反応部との接触面積(S1)が、前記第1のセパレータの前記領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積(S2)よりも大とされている、燃料電池。
(2) 前記挟持リブは、前記第1のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、前記第1のセパレータの前記領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部より、長い(1)記載の燃料電池。
(3) 前記挟持リブは、該挟持リブの両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路を有する請求の(1)記載の燃料電池。
(4) 前記挟持リブは、前記第1のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、複数の分割部に分割されており、隣接する分割部の対向する端部は、前記挟持リブの伸長方向と直交する方向に見たときに、前記挟持リブの伸長方向に互いに重複している(1)記載の燃料電池。
(5) 前記挟持リブは、前記第1のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、複数の分割部に分割されており、隣接する分割部の間隔は、前記第1のセパレータの前記領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の間隔より小である(1)記載の燃料電池。
(6) 前記挟持リブが形成された前記第1のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比は、前記第1のセパレータの前記領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該1のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比のままである(1)記載の燃料電池。
(7) 前記ガス流路がサーペンタイン流路であり、該サーペンタイン流路の幅は、下流側が上流側に比べて狭い(1)記載の燃料電池。
(8) 前記セパレータはカーボンセパレータである(1)記載の燃料電池。
(9) 前記セパレータはメタルセパレータである(1)記載の燃料電池。
(10) 前記ガス流路はサーペンタイン流路である(1)記載の燃料電池。
(11) 前記ガス流路はストレート流路である(1)記載の燃料電池。
上記(1)〜(11)の燃料電池によれば、第1のセパレータの領域(S)で、挟持リブの発電反応部との接触面積(S1)が、第1のセパレータの領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積(S2)よりも大とされているので、挟持リブを形成したことにより、挟持リブを形成せずに凸部のままとした場合に比べて、セパレータが発電反応部に両側から接触する面積が増加し、ガス流路分割リブ直下を通り抜けるガス量を低減することができる。
上記(2)〜(5)は、挟持リブの発電反応部との接触面積を、第1のセパレータの領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積よりも大とする種々の構造を示す。
上記(6)の燃料電池によれば、挟持リブが形成された前記第1のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比は、第1のセパレータの領域(S)に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該1のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比のままであるので、ガス流路分割比を従来と同じに保ちながら、挟持リブによってガス流路分割リブ直下を通り抜けるガス量を低減することができる。
上記(7)の燃料電池によれば、サーペンタイン流路の幅が、下流側が上流側に比べて狭く、従来と同じガス流路分割比を採用することができ、対向する2つのセパレータのガス流路分割リブを互いに対向する位置に設けた場合に生じるガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全を、抑制することができる。
図2は、本発明の実施例1の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ(挟持リブが形成されるセパレータ)の正面図である。
図3は、図1、図2のガス流路分割リブ部位での、本発明の実施例1の燃料電池の断面図である。
図4は、本発明の実施例1の燃料電池のガス流路分割リブを通り抜けるガスが抑制されることを示す図1のセパレータの正面図である。
図5は、本発明の実施例2の、挟持リブとガス流路分割リブがある部位の、燃料電池の断面図である。
図6は、本発明の実施例3の燃料電池の、挟持リブの平面図である。
図7は、本発明の実施例4の燃料電池の、挟持リブの(従来の凸リブとの比較で示した)平面図である。
図8は、本発明の実施例5の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの一方のセパレータ(挟持リブが形成されるセパレータに対向するセパレータ)の正面図である。
図9は、本発明の実施例5の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ(挟持リブが形成されるセパレータ)の正面図である。
図10は、本発明の実施例1〜5の燃料電池の、スタックの側面図である。
図11は、本発明の実施例1〜5の燃料電池の、スタックの一部の断面図である。
図12は、従来の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの一方のセパレータ(本発明の図1のセパレータに対応するセパレータ)の正面図である。
図13は、従来の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ(本発明の図2のセパレータに対応するセパレータ)の正面図である。
図14は、図12、図13のガス流路分割リブ部位での、従来の燃料電池の断面図である。
図15は、従来の燃料電池のガス流路分割リブを通り抜けるガスを示す図12のセパレータの正面図である。
図1〜図4は本発明の実施例1を示し、図5は本発明の実施例2を示し、図6は本発明の実施例3を示し、図7は本発明の実施例4を従来との比較で示し、図8、図9は本発明の実施例5を示す。図10、図11は本発明の何れの実施例にも適用される。
本発明の全実施例にわたって共通な構成部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の全実施例にわたって共通な構成部分を図1〜図4、図10、図11を参照して説明する。
本発明の燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池10である。ただし、ガス流路と分割リブをもつ燃料電池であれば固体高分子電解質型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。該燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外、たとえば家庭用定置型燃料電池、に用いられてもよい。
図10、図11に示すように、固体高分子電解質型燃料電池(セル)10は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane−Electrode Assembly)と第1のセパレータ1、第2のセパレータ2(以下、単に、セパレータ1、セパレータ2という)とを重ねて構成される。重ねの方向は任意であり、水平方向であっても垂直方向であってもよい。
固体高分子電解質型燃料電池10は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane−Electrode Assembly)とセパレータ1、2とを重ねたものからなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード12、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード13、空気極)とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層14、15が設けられてもよい。
MEAと拡散層14、15は、発電反応部5を形成している。発電反応部5は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとで挟まれる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ1、2を重ねてセル(単セル)10を構成し、少なくとも1つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル19、インシュレータ(電気絶縁体)20、エンドプレート21を配置し、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート22)を両端のエンドプレート21にボルト・ナット23にて固定し、セル積層体をセル積層方向に締め付けて、燃料電池スタック18を構成する。
セパレータは、カーボン粉とバインダ樹脂との混合体をセパレータ形状に成形したカーボンセパレータであってもよいし、あるいは金属板をプレス成形したメタルセパレータ(メタルセパレータと樹脂フレームとの組み合わせを含む)であってもよい。すなわち、ほぼ一定の厚みの金属板を成形することにより、一方の面でガスや冷媒の流路として機能する凹部が、他方の面でたとえば流路の仕切りとして機能する凸部となるプレスメタルセパレータであっても、本発明を適用できる。
セルの発電領域においては、セパレータ1、2のうちの一方のセパレータ(たとえば、セパレータ1)には、アノード12に燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路3が形成され、セパレータ1、2のうちの他方のセパレータ(たとえば、セパレータ2)には、カソード13に酸化ガス(酸、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路4が形成されている。燃料ガス流路3が形成されたセパレータがアノード側セパレータであり、酸化ガス流路4が形成されたセパレータがカソード側セパレータである。図中、矢印Gはガス流路3、4を流れるガス流れを示す。
燃料ガス流路3、酸化ガス流路4は、流路がガス入口からガス出口までの流路の途中で1回以上屈曲するサーペンタイン流路から形成されることが望ましい。ただし、燃料ガス流路3、酸化ガス流路4が流路が直線状のストレート流路から構成されてもよい。
セパレータ1、2には、燃料ガス流路3の背面側と、酸化ガス流路4の背面側に、冷媒(冷却水)流路9が形成される。
セルの発電領域において、セパレータ1、2は拡散層14、15を介してMEAを押圧する。発電中には、水が生成される。
反応ガス流路3、4がサーペンタイン流路から構成される場合、発電で反応ガスが消費されても下流部で所定流速以上のガス流速が得られるように、下流部の流路幅D2を上流部の流路幅D1より狭くしてある。
図1〜図4に示すように、各セパレータ1、2には、燃料ガス流路3に燃料ガスを供給・排出する燃料ガスマニホールド16が形成され、酸化ガス流路4に酸化ガスを供給・排出する酸化ガスマニホールド17が形成され、冷媒流路9に冷却水を供給・排出する冷媒マニホールド(図示せず)が形成されている。
各セルの、アノード12側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜11中をカソード13側に移動し、カソード13側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側:H2→2H++2e−
カソード側:2H++2e−+(1/2)O2→H2O
発電反応が行われる領域(発電反応部5があり、かつ燃料ガス流路3、酸化ガス流路4があって燃料ガス、酸化ガスが供給される領域)が発電領域である。
図1〜図4に示すように、MEAと拡散層を含む発電反応部5を挟んで互いに対向するセパレータ1、2は、サーペンタイン流路またはストレート流路からなる燃料ガス流路3、またはサーペンタイン流路またはストレート流路からなる酸化ガス流路4と、該ガス流路3、4の一部分Aを該一部分に隣接する隣接部分Bから区切るガス流路分割リブ6と、ガス流路3、4内に形成された凸部7(図12〜図15の凸部7に対応する凸部)とを有している。
ガス流路分割リブ6はガス流路3、4の一部分Aとそれに隣接するガス流路部分Bとの間に位置して部分A、Bを隔てる。ガス流路分割リブ6はサーペンタイン流路の場合は屈曲部の上流側の流路部分と屈曲部の下流側の流路部分とを隔て、ガス流がガス流路分割リブ6の下を上流側の流路部分から屈曲部の下流側の流路部分に通り抜けることを抑制し、サーペンタイン流路にそって流れるようにする。また、凸部7はガス流路部分A、B内に位置する島状突起であり、正方形、矩形、円などの形状を有し、格子状に配列されている。
発電反応部5を挟んで対向するセパレータ1、2の少なくとも一方のセパレータである第1のセパレータ(たとえば、セパレータ2、ただしセパレータ1でもよいし、セパレータ1、2の両方でもよい)に、第1のセパレータの対向セパレータである第2のセパレータ(たとえば、第1のセパレータがセパレータ2の場合は第2のセパレータはセパレータ1となる)のガス流路分割リブ6と対向する第1のセパレータの領域Sに、凸部7に代えて、第2のセパレータのガス流路分割リブ6とで、MEAと拡散層を含む発電反応部5を挟持する挟持リブ8が形成されている。第1のセパレータの挟持リブ8と第2のセパレータのガス流路分割リブ6とは、間に、MEAと拡散層を含む発電反応部5を挟む。
図2に示すように、セパレータ1、2の少なくとも一方のセパレータである第1のセパレータ(たとえば、セパレータ2、ただしセパレータ1でもよいし、セパレータ1、2の両方でもよい)の、第1のセパレータの対向セパレータである第2のセパレータ(たとえば、一方のセパレータがセパレータ2の場合は対向セパレータセパレータ1となる)のガス流路分割リブ6と対向する第1のセパレータの領域Sで、挟持リブ8(領域Sにある全挟持リブ8)の発電反応部5との接触面積S1が、第2のセパレータのガス流路分割リブ6と対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブ8を形成することなく凸部7を形成したままの場合(従来の図12〜図15の場合に対応)の該凸部7(領域Sにある全凸部7)の発電反応部5との接触面積S2よりも大とされている。ただし、S1、S2は複数の凸部7の頂部面積の和である。
挟持リブ8が形成された第1のセパレータ(たとえば、セパレータ2、ただしセパレータ1でもよいし、セパレータ1、2の両方でもよい)のガス流路分割リブ6によるガス流路分割比(図2の例では、D1:D2)は、第1のセパレータに挟持リブ8を形成することなく凸部7を形成したままの場合(図12〜図15の場合)の該第1のセパレータのガス流路分割リブ6によるガス流路分割比(図13のD1:D2)のままである。
サーペンタイン流路の場合、サーペンタイン流路の幅は、下流側流路部分の幅D2が上流側流路部分の幅D1に比べて狭い。これは、発電においてガスが消費されて下流側の流速が低下しようとするが、下流側域でのガス供給量の確保、生成水の吹き飛ばし上、下流側の流速を所定値以上に維持するためである。
本発明の全実施例に共通な構成による作用・効果はつぎの通りである。
第2のセパレータのガス流路分割リブ6と対向する第1のセパレータの領域Sで、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積S1が、第2のセパレータ(挟持リブ8を形成したセパレータの対向セパレータ)のガス流路分割リブ6と対向する領域Sに挟持リブ8を形成することなく凸部7を形成したままの場合(図12〜図15の場合)の該凸部7の発電反応部5との接触面積S2よりも大とされているので、挟持リブ8を形成したことにより、挟持リブ8を形成せずに凸部7のままとした場合(図12〜図15の場合)に比べて、セパレータが発電反応部5に両側から接触する面積が増加し、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPの量を低減することができる。すなわち、従来は図15に示すようにガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPがあったが、本発明では、図4に示すように、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPが抑制される(図4では、ガス流れの抑制を「×」で示してあり、「×」の短絡流Pが抑制される(完全には0にならなくてよい)ことを示している)。
また、挟持リブ8が形成された第1のセパレータ(たとえば、セパレータ2、ただしセパレータ1でもよいし、セパレータ1、2の両方でもよい)のガス流路分割リブ6によるガス流路分割比(図2の例では、D1:D2)は、第1のセパレータに挟持リブ8を形成することなく凸部7を形成したままの場合(従来の図12〜図15の場合に対応)の該セパレータのガス流路分割リブ6によるガス流路分割比(図13のD1:D2)のままであるので、ガス流路分割比を従来と同じに保ち、したがって、ガス流路分割リブ6の両側のガス流路部分のガス流速、圧力を従来と同じに保ちながら、挟持リブ8によってガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPの量を低減することができる。
上記の作用、効果は、セパレータ1、2がカーボンセパレータであろうがメタルセパレータであろうが得られ、また、ガス流路がサーペンタイン流路であろうがストレート流路であろうが得られる。
サーペンタイン流路の場合は、ガス流路分割比を従来のガス流路分割比と同じに保つことによって、サーペンタイン流路の幅が、下流側の幅D2が上流側の幅D1に比べて狭くなり、対向する2つのセパレータのガス流路分割リブを互いに対向する位置に設けた場合に生じるガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全を、抑制することができる。
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
本発明の実施例1では、図1〜図4に示すように、挟持リブ8が、複数の分割部分8aを有し、各分割部分8aは、挟持リブ8伸長方向E(ガス流路分割リブ6の伸長方向Eに平行な方向)に、凸部7より長い長さをもつ長リブ8aから形成されている。長リブ8a間の隙間8bは凸リブ7間の隙間以下である。長リブ8aの高さは凸部7の高さと等しいか、またはほぼ等しい。
セパレータ1、2は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路3、4は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例1の作用・効果については、挟持リブ8を複数の長リブ8aから構成したことによって、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブを形成することなく凸部7を形成したままの場合の該凸部7の発電反応部5との接触面積よりも大とすることができる。長リブ8aに置き換えられた複数の凸部7間の間隔が無くなり、発電反応部5の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
本発明の実施例2では、図5に示すように、挟持リブ8が、挟持リブ8の両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路8cを有する。連通路8cは、挟持リブ8の伸長方向Eと直行する方向に、挟持リブ8を貫通する。
セパレータ1、2は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路3、4は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例2の作用・効果については、挟持リブ8が、挟持リブ8の両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路8cを有することによって、挟持リブ8はリブ全長にわたってリブ頂面で発電反応部5と接触することができ、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブを形成することなく凸部7を形成したままの場合の該凸部7の発電反応部5との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ8によって置き換えられた複数の凸部7間の間隔が無くなり、発電反応部5の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPが抑制される。
本発明の実施例3では、図6に示すように、挟持リブ8が、第1のセパレータのガス流路分割リブ6の伸長方向Eと平行な方向に、複数の分割部8aに分割されており、隣接する分割部8aの対向する端部は、挟持リブの伸長方向Eと直交する方向Vに見たときに、挟持リブの伸長方向Eに互いに重複している。この重複構造は、図6に示すように、隣接する分割部8aの対向する端部の一方に形成した第1の段状部8dと、隣接する分割部8aの対向する端部の他方に形成した第1の段状部8eとを、挟持リブの伸長方向に互いに重複させることにより容易に得られる。段状部8d、8eは挟持リブの伸長方向Eと直交する方向Vに対して傾けられた面から構成されてもよい。
セパレータ1、2は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路3、4は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例3の作用・効果については、挟持リブ8の隣接する分割部8aの対向する端部が、挟持リブの伸長方向Eと直交する方向Vに見たときに、挟持リブの伸長方向Eに互いに重複していることによって、挟持リブ8はリブ全長にわたってリブ頂面で発電反応部5と接触することができ、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する領域Sに挟持リブを形成することなく凸部7を形成したままの場合の該凸部7の発電反応部5との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ8によって置き換えられた複数の凸部7間の間隔が無くなり、発電反応部5の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
本発明の実施例4では、図7に示すように、挟持リブ8は、ガス流路分割リブ6の伸長方向Eと平行な方向に、複数の(挟持リブ8と平行に並んだ凸部7列の凸部7の数より多い数の)分割部(分割リブ)8aに分割されており、隣接する分割部8aの間隔8bは、対向セパレータのガス流路分割リブ6と対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブ8を形成することなく凸部7を形成したままの場合(従来の場合)の該凸部の間隔7aより小である。ただし、図7で(i)は従来の凸部7の配置を示し、(ii)は本発明の凸部7の配置を示す。
セパレータ1、2は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路3、4は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例4の作用・効果については、挟持リブ8が複数の(挟持リブ8と平行に並んだ凸部7列の凸部7の数より多い数の)分割部8aに分割され、隣接する分割部8aの間隔8bが従来の場合の該凸部の間隔7aより小とされているため、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブを形成することなく凸部7を形成したままの場合(従来の場合)の該凸部7の発電反応部5との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ8によって置き換えられた複数の凸部7間の間隔が小になり、発電反応部5の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が抑制され、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れPの量が抑制される。
なお、上記実施例1〜4では、対向するセパレータのガス流路分割リブの長手方向は互いに平行であったが、ガス流路分割リブの長手方向が互いに交差(たとえば、直交)するように組立てられた燃料電池にも本発明を適用可能である。この構成を実現する一形態としては、一方のセパレータに設けられる挟持リブの伸長方向を、当該セパレータのガス流路分割リブの伸長方向にかかわりなく、対向するセパレータの設けられたガス流路分割リブの伸長方向と揃える構成が考えられる。
本発明の実施例5では、図8、図9に示すように、挟持リブ8が、複数の分割部分8aを有し、各分割部分8aは、挟持リブ8伸長方向E(ガス流路分割リブ6の伸長方向Eに平行な方向)に、凸部7より長い長さをもつ長リブ8aから形成されている。長リブ8a間の隙間8bは凸リブ7間の隙間かそれ以下である。長リブ8aの高さは凸部7の高さと等しいか、またはほぼ等しい。挟持リブ8とガス流路分割リブ6はMEAを挟んで対向する位置にある。
セパレータ1、2は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいは、メタルセパレータであってもよい。また、ガス流路3、4は、ストレート流路である。
本発明の実施例5の作用・効果については、挟持リブ8を複数の長リブ8aから構成したことによって、挟持リブ8の発電反応部5との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第1のセパレータの領域Sに挟持リブを形成することなく凸部7を形成したままの場合の該凸部7の発電反応部5との接触面積よりも大とすることができる。長リブ8aに置き換えられた複数の凸部7間の間隔が無くなり、発電反応部5の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ6直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
Claims (11)
- 発電反応部(5)を挟んで互いに対向するセパレータ(1、2)を備え、各セパレータ(1、2)が、ガス流路(3、4)と、該ガス流路(3、4)の一部分を該一部分に隣接する隣接部分から区切るガス流路分割リブ(6)と、前記ガス流路(3、4)内に形成された凸部(7)とを有している燃料電池(10)であって、
発電反応部(5)を挟んで対向するセパレータ(1、2)の少なくとも一方のセパレータ(1、2)である第1のセパレータ(1、2)に、該第1のセパレータ(1、2)の対向セパレータ(2、1)である第2のセパレータ(2、1)のガス流路分割リブ(6)と対向する前記第1のセパレータ(1、2)の領域(S)に、前記凸部(7)に代えて、前記第2のセパレータ(2、1)のガス流路分割リブ(6)とで発電反応部(5)を挟持する挟持リブ(8)が形成されており、
前記第1のセパレータの(1、2)の前記領域(S)で、前記挟持リブ(8)の発電反応部(5)との接触面積(S1)が、前記第1のセパレータの(1、2)の前記領域(S)に挟持リブ(8)を形成することなく凸部(7)を形成したままの場合の該凸部(7)の発電反応部(5)との接触面積(S2)よりも大とされている、燃料電池(10)。 - 前記挟持リブ(8)は、前記第1のセパレータ(1、2)のガス流路分割リブ(6)の伸長方向と平行な方向に、前記第1のセパレータの(1、2)の前記領域(S)に挟持リブ(8)を形成することなく凸部(7)を形成したままの場合の該凸部(7)より、長い請求の範囲第1項記載の燃料電池(10)。
- 前記挟持リブ(8)は、該挟持リブ(8)の両側のガス流路部分(A、B)を連通するトンネル状の連通路(8c)を有する請求の範囲第1項記載の燃料電池(10)。
- 前記挟持リブ(8)は、前記第1のセパレータ(1、2)のガス流路分割リブ(6)の伸長方向と平行な方向に、複数の分割部(8a)に分割されており、隣接する分割部(8a)の対向する端部は、前記挟持リブ(8)の伸長方向と直交する方向に見たときに、前記挟持リブ(8)の伸長方向に互いに重複している請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記挟持リブ(8)は、前記第1のセパレータ(1、2)のガス流路分割リブ(6)の伸長方向と平行な方向に、複数の分割部(8a)に分割されており、隣接する分割部(8a)の間隔は、前記第1のセパレータの(1、2)の前記領域(S)に挟持リブ(8)を形成することなく凸部(7)を形成したままの場合の該凸部(7)の間隔より小である請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記挟持リブ(8)が形成された前記第1のセパレータ(1、2)のガス流路分割リブ(6)によるガス流路分割比は、前記第1のセパレータの(1、2)の前記領域(S)に挟持リブ(8)を形成することなく凸部(7)を形成したままの場合の該1のセパレータ(1、2)のガス流路分割リブ(6)によるガス流路分割比のままである請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記ガス流路(3、4)がサーペンタイン流路であり、該サーペンタイン流路の幅は、下流側が上流側に比べて狭い請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記セパレータ(1、2)はカーボンセパレータである請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記セパレータ(1、2)はメタルセパレータである請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記ガス流路(3、4)はサーペンタイン流路である請求の範囲第1項記載の燃料電池。
- 前記ガス流路(3、4)はストレート流路である請求の範囲第1項記載の燃料電池。
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