JP4779377B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、積層された複数の単セルを有し、各単セルに、ガス流路と、該ガス流に連結する２つのガスマニホールドとが形成された燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell having a plurality of stacked single cells, each of which has a gas flow path and two gas manifolds connected to the gas flow.

燃料電池は、図４に示すように、電池の単位である単セル１０が複数積層された構造となっている。特に、固体高分子型燃料電池では、積層された単セル１０のそれぞれは、電解質膜と該電解質膜を挟む一対の触媒層と各触媒層の外側に位置する一対の拡散層とを含む膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）がカソード側セパレータ１０ａとアノード側セパレータ１０ｂとによって挟まれた構造となっている。   As shown in FIG. 4, the fuel cell has a structure in which a plurality of single cells 10 that are units of the battery are stacked. In particular, in the polymer electrolyte fuel cell, each of the stacked single cells 10 includes an electrolyte membrane, a pair of catalyst layers sandwiching the electrolyte membrane, and a pair of diffusion layers positioned outside each catalyst layer. An electrode assembly (MEA) is sandwiched between a cathode separator 10a and an anode separator 10b.

各単セル１０におけるカソード側セパレータ１０ａ及びアノード側セパレータ１０ｂの外周所定部位には、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ、酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂが形成されている。各単セル１０における各セパレータ１０ａ、１０ｂに形成された前記各マニホールドは、単セル10の積層方向Ｚに連通してガス供給路（酸化剤ガス供給路）を形成する。   An oxidant gas supply manifold 11a and an oxidant gas discharge manifold 11b are formed at predetermined outer peripheral portions of the cathode side separator 10a and the anode side separator 10b in each unit cell 10. The manifolds formed in the separators 10a and 10b in each unit cell 10 communicate with the stacking direction Z of the unit cells 10 to form a gas supply path (oxidant gas supply path).

カソード側セパレータ１０ａのＭＥＡとの対向面には、例えば、サーペンタイン状となる複数の溝にて構成された酸化剤ガス流路１２が形成されている。酸化剤ガス流路１２の一端部が酸化剤ガス供給マニホールド１１ａに連結すると共に、酸化剤ガス流路１２の他端部が酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂに連結している。また、図示はされていないが、アノード側セパレータ１０ｂのＭＥＡとの対向面にも、同様に、両端部が燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとに連結された燃料ガス流路が形成され、更に、各セパレータ１０ａ、１０ｂには、両端部が冷却水供給マニホールドと冷却水排出マニホールドとに連結された冷却水流路が形成されている。   On the surface facing the MEA of the cathode side separator 10a, for example, an oxidant gas flow path 12 constituted by a plurality of grooves having a serpentine shape is formed. One end of the oxidant gas flow path 12 is connected to the oxidant gas supply manifold 11a, and the other end of the oxidant gas flow path 12 is connected to the oxidant gas discharge manifold 11b. Although not shown, a fuel gas flow path having both ends connected to the fuel gas supply manifold and the fuel gas discharge manifold is formed on the surface of the anode separator 10b facing the MEA. Furthermore, each separator 10a, 10b is formed with a cooling water flow path having both ends connected to a cooling water supply manifold and a cooling water discharge manifold.

このような燃料電池では、各単セル１０において、カソード側セパレータ１０ａの酸化剤ガス流路１２を流れる加湿状態の酸化剤ガス（例えば、空気）がＭＥＡの空気極（カソード）に供給され、アノード側セパレータ１０ｂの燃料ガス流路を流れる加湿状態の燃料ガス（例えば、水素ガス）がＭＥＡの燃料極（アノード）に供給される。そして、ＭＥＡにおいて前記酸化剤ガスと前記燃料ガスとが水分の存在下にて反応し、発電がなされる。   In such a fuel cell, in each single cell 10, a humidified oxidant gas (for example, air) flowing through the oxidant gas flow path 12 of the cathode side separator 10a is supplied to the air electrode (cathode) of the MEA, and the anode A humidified fuel gas (for example, hydrogen gas) flowing through the fuel gas flow path of the side separator 10b is supplied to the fuel electrode (anode) of the MEA. In the MEA, the oxidant gas and the fuel gas react in the presence of moisture to generate power.

前述した構造の燃料電池では、各反応ガス（酸化剤ガス、燃料ガス）が加湿状態にあり、また、ＭＥＡでの反応の過程で水が生成されることから、各ガスマニホールドに結露が生ずる。この現象は、酸化剤ガスマニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ、酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ）で顕著に現れる。   In the fuel cell having the structure described above, each reaction gas (oxidant gas, fuel gas) is in a humidified state, and water is generated in the course of the reaction in the MEA, so that condensation occurs in each gas manifold. This phenomenon appears remarkably in the oxidant gas manifold (oxidant gas supply manifold 11a, oxidant gas discharge manifold 11b).

例えば、図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ｂに結露した水分Ｄｎはその重力方向Ｙの最下端部位に溜まる。そして、当該燃料電池の発電停止後の掃気処理が止まると、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂの前記最下端部位に溜まった水分Ｄｎがその表面張力によって酸化剤ガス流路１２内に吸い戻されてしまう。   For example, as shown in FIG. 5, moisture Dn condensed on the oxidant gas supply manifold 11 a and the oxidant gas supply manifold 11 b accumulates at the lowest end portion in the gravity direction Y. When the scavenging process after the power generation of the fuel cell is stopped, the moisture Dn accumulated at the lowermost end portions of the oxidant gas supply manifold 11a and the oxidant gas discharge manifold 11b is caused by the surface tension of the oxidant gas flow path 12. It will be sucked back inside.

このように酸化剤ガス流路１２内に水分Ｄｎが吸い戻されてしまうと、特に、常温時または低温時では、酸化剤ガス流路１２の酸化剤ガスマニホールド１１ａ、１１ｂとの連結部位の一部が前記水分により閉塞してしまい、再起動特性が悪化してしまう。そこで、このような現象を防止するために、図６に示すようなセパレータ構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   When the moisture Dn is sucked back into the oxidant gas flow path 12 in this way, particularly at a room temperature or at a low temperature, the oxidant gas flow path 12 is connected to the oxidant gas manifolds 11a and 11b. A part will be obstruct | occluded with the said water | moisture content and a restart characteristic will deteriorate. Therefore, in order to prevent such a phenomenon, a separator structure as shown in FIG. 6 has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

即ち、前述した酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂを重力方向Ｙに延ばす、あるいは、重量方向Ｙにオフセットさせた構造となる酸化剤ガス供給マニホールド１１０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド１１０ｂを形成し、それらのマニホールド１１０ａ、１１０ｂに溜まった水分Ｄｎが酸化剤ガス流路１２との連結部位に達しないようにする。このようにすれば、各マニホールド１１０ａ、１１０ｂに溜まった水分Ｄｎの酸化剤ガス流路１２への吸い戻しが防止される。
特開平２００３−２２３９２２号公報 That is, the oxidant gas supply manifold 110a and the oxidant gas discharge manifold 110b having a structure in which the oxidant gas supply manifold 11a and the oxidant gas discharge manifold 11b described above are extended in the gravity direction Y or offset in the weight direction Y are provided. The moisture Dn that is formed and accumulated in the manifolds 110 a and 110 b is prevented from reaching the connection site with the oxidant gas flow path 12. In this way, the moisture Dn accumulated in the manifolds 110a and 110b is prevented from being sucked back into the oxidant gas flow path 12.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-223922

しかしながら、前述したセパレータ構造（図６参照）を有する燃料電池では、各マニホールド１１ａ、１１ｂを延ばすことにより、他のマニホールド（燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、冷却水供給マニホールド、冷却水排出マニホールド等）の開口面積が制約されてしまう。また、各マニホールド１１ａ、１１ｂをオフセットさせると、酸化剤ガス流路１２との連結幅が減少し、ＭＥＡに対する酸化剤ガスの供給可能な面積、即ち反応有効面積が低下してしまい、燃料電池の性能劣化をきたしてしまう。   However, in the fuel cell having the separator structure described above (see FIG. 6), the manifolds 11a and 11b are extended so that other manifolds (a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, a cooling water supply manifold, a cooling water discharge manifold) are provided. Etc.) is limited. Further, if the manifolds 11a and 11b are offset, the connection width with the oxidant gas flow path 12 is reduced, and the area where the oxidant gas can be supplied to the MEA, that is, the reaction effective area is lowered. It will cause performance degradation.

本発明は、前述した従来の問題を解決するためになされたもので、各マニホールドの開口面積の制約及び反応有効面積の低下を伴うことなく、ガス流路への水分の吸い戻しを防止することのできる燃料電池を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and prevents moisture from being sucked back into the gas flow path without restricting the opening area of each manifold and reducing the reaction effective area. Provided is a fuel cell that can be used.

本発明に係る燃料電池は、積層された複数の単セルを有し、各単セルに、ガス流路と、該ガス流路に連結する少なくとも２つのガスマニホールドとが形成された燃料電池であって、少なくとも一のガスマニホールドと当該ガス流路との連結部位に配置され、前記ガスマニホールドに溜まった水分が前記ガス流路に流出することを阻止する水分流出阻止部を有し、前記水分流出阻止部が、前記ガスマニホールドとの連結部位における前記ガス流路の重力方向最下端位置から該重力方向と逆側に立ち上がる阻止面を有する堰体であって、前記堰体が、前記阻止面の頂部から徐々に前記ガス流路側に連続的に低下する傾斜面を有する構成となる。
A fuel cell according to the present invention is a fuel cell having a plurality of stacked single cells, each of which is formed with a gas flow path and at least two gas manifolds connected to the gas flow path. Te, is disposed at a connection portion with at least one gas manifold and the gas flow path, the water accumulated in the gas manifold have a water outflow preventing section to prevent the flowing out to the gas flow path, the water outflow The blocking portion is a weir body having a blocking surface that rises from the lowest position in the gravity direction of the gas flow path at the connection portion with the gas manifold to the opposite side of the gravity direction, and the weir body includes the blocking surface. It becomes the structure which has the inclined surface which falls continuously from the top part gradually to the said gas flow path side .

このような構成により、ガスマニホールドとガス流路の端部との連結部位に配置された水分流出阻止部によって、前記ガスマニホールドの重力方向最下端部位に溜まった水分が前記ガス流路に流出することが阻止される。
また、このような構成により、ガス流路の重力方向最下端位置から該重力方向と逆側に立ち上がる阻止面の範囲においてガスマニホールドの重力方向最下端部位に溜まった水分の前記ガス流路への流出が阻止できるようになる。
更に、このような構成により、仮にガスマニホールドに溜まった水分が堰体を越えたとしても、該堰体のガス流路側に水分が滞留することなく傾斜面を伝って流れる。これにより、ガス流路側の水分層がより薄くなり、ガス流路が部分的に閉塞してしまう事態を防止することができるようになる。また、通常発電時に、堰体の表面に水分が付着しても、その水分が滞留してマニホールドに水分が排出され難くなることを防止することができる。
With such a configuration, the water accumulated at the lowermost position in the gravity direction of the gas manifold flows out to the gas flow path by the water outflow prevention portion disposed at the connection portion between the gas manifold and the end of the gas flow path. That is blocked.
In addition, with such a configuration, moisture accumulated in the gravity direction bottom end portion of the gas manifold in the range of the blocking surface rising from the gravity direction bottom end position of the gas flow channel to the opposite side to the gravity direction is supplied to the gas flow channel. The outflow can be prevented.
Further, with such a configuration, even if the moisture accumulated in the gas manifold exceeds the weir body, the moisture flows along the inclined surface without staying on the gas flow path side of the weir body. As a result, the moisture layer on the gas flow path side becomes thinner, and a situation where the gas flow path is partially blocked can be prevented. Moreover, even when moisture adheres to the surface of the weir body during normal power generation, it is possible to prevent the moisture from staying and becoming difficult to drain the manifold.

前記ガスマニホールドとガス流路の端部との連結部位は、ガスマニホールドとガス流路の端部との連結面を含む所定幅の範囲を含み得るものである。   The connection portion between the gas manifold and the end of the gas flow path may include a range of a predetermined width including a connection surface between the gas manifold and the end of the gas flow path.

また、本発明に係る燃料電池は、固体高分子型となる構成とすることができる。   Further, the fuel cell according to the present invention can be configured to be a solid polymer type.

このような構成により、ガス流路の滞留水が大きく影響する固体高分子型燃料電池において、ガス流路の滞留水による閉塞を有効に防止することができる。   With such a configuration, in the polymer electrolyte fuel cell in which the accumulated water in the gas flow channel is greatly influenced, it is possible to effectively prevent the gas flow channel from being blocked by the accumulated water.

更に、本発明に係る燃料電池は、前記ガスマニホールドが、酸化剤ガス用のマニホールドである構成とすることができる。   Furthermore, the fuel cell according to the present invention may be configured such that the gas manifold is a manifold for oxidant gas.

このような構成により、固定高分子型燃料電池において、発電時の反応にて生成される水の影響を大きく受け得る酸化剤ガス流路の滞留水による閉塞を有効に防止することができるようになる。   With such a configuration, in the fixed polymer fuel cell, it is possible to effectively prevent clogging of the oxidant gas flow path, which can be greatly affected by the water generated by the reaction during power generation, due to stagnant water. Become.

本発明に係る燃料電池によれば、ガスマニホールドとガス流路の端部との連結部位に配置された水分流出阻止部によってガスマニホールドの重力方向最下端部位に溜まった水分のガス流路への流出が阻止されるようになるので、ガスマニホールドを重力方向に特に延ばさなくても、また、重力方向にオフセットさせなくても、ガスマニホールドからガス流路に水分が流出することを防止することができる。従って、燃料電池に形成すべき各マニホールドの開口面積の制約及び反応有効面積の低下を伴うことなく、ガス流路への水分の吸い戻しを防止することのできるようになる。   According to the fuel cell according to the present invention, the moisture flowing out to the gas flow path of the gas manifold at the lowest position in the gravitational direction of the gas manifold by the water outflow prevention portion disposed at the connection portion between the gas manifold and the end of the gas flow path. Since the outflow is prevented, it is possible to prevent moisture from flowing out from the gas manifold to the gas flow path without extending the gas manifold in the direction of gravity or offsetting in the direction of gravity. it can. Therefore, it becomes possible to prevent the moisture from being sucked back into the gas flow path without the restriction of the opening area of each manifold to be formed in the fuel cell and the reduction of the effective reaction area.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施の形態に係る燃料電池の基本的な構成は、図４に示すものと同様に、単セル１０が複数積層され、各単セル１０は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とそれを挟むカソード側セパレータ１０ａとアノード側セパレータ１０ｂとを有している。そして、カソード側セパレータ１０ａ及びアノード側セパレータ１０ｂの外周所定部位には、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂが形成されている。各単セル１０における各セパレータ１０ａ、１０ｂに形成された酸化剤ガス供給マニホールド１１ａは、単セル１０の積層方向Ｚに連通して酸化剤ガス供給路を形成し、また、各単セル１０における各セパレータ１０ａ、１０ｂに形成された酸化剤排出マニホールド１１ｂは、単セル１０の積層方向Ｚに連通して酸化剤ガス排出路を形成する。   The basic configuration of the fuel cell according to the embodiment of the present invention is similar to that shown in FIG. 4, in which a plurality of single cells 10 are stacked, and each single cell 10 sandwiches an MEA (Membrane Electrode Assembly). It has a cathode side separator 10a and an anode side separator 10b. An oxidant gas supply manifold 11a and an oxidant gas discharge manifold 11b are formed at predetermined outer peripheral portions of the cathode side separator 10a and the anode side separator 10b. The oxidant gas supply manifold 11a formed in each separator 10a, 10b in each single cell 10 communicates with the stacking direction Z of the single cells 10 to form an oxidant gas supply path. The oxidant discharge manifold 11b formed in the separators 10a and 10b communicates with the stacking direction Z of the single cells 10 to form an oxidant gas discharge path.

前述した構造となる燃料電池における各単セル１０のカソード側セパレータ１０ａは、図１に示すように構成される。このカソード側セパレータ１０ａは、図５に示すものと同様に、ＭＥＡとの対向面に例えば、サーペンタイン状となる複数の溝にて構成された酸化剤ガス流路１２が形成されると共に、酸化剤ガス流路１２の一端部に連結した酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ、及び酸化剤ガス流路１２の他端部に連結した酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂが形成された構造となっている。   The cathode separator 10a of each single cell 10 in the fuel cell having the structure described above is configured as shown in FIG. In the cathode separator 10a, as shown in FIG. 5, an oxidant gas flow path 12 composed of, for example, a plurality of serpentine grooves is formed on the surface facing the MEA. An oxidant gas supply manifold 11 a connected to one end of the gas flow path 12 and an oxidant gas discharge manifold 11 b connected to the other end of the oxidant gas flow path 12 are formed.

図１に示すカソード側セパレータ１０ａは、図５に示すものと異なり、酸化剤ガス流路１２の一端部の酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂとの連結部位には略三角形状となる排出側堰体１７が形成され、酸化剤ガス流路１２の他端部の酸化剤ガス供給マニホールド１１ａとの連結部位にも略三角形状となる供給側堰体１８が形成されている。排出側堰体１７及び供給側堰体１８のそれぞれは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、酸化剤ガス流路１２の端部と酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａの境界において酸化剤ガス流路１２の重力方向Ｙ最下端位置から重力方向Ｙと逆側に立ち上がる阻止面１７ａ、１８ａと、阻止面１７ａ、１８ａの頂部から徐々に酸化剤ガス流路１２側に直線的に低下する傾斜面１７ｂ、１８ｂとを有している。   The cathode side separator 10a shown in FIG. 1 is different from that shown in FIG. 5 in that the discharge side weir body 17 is formed in a substantially triangular shape at the connecting portion with the oxidant gas discharge manifold 11b at one end of the oxidant gas flow path 12. A supply-side weir body 18 having a substantially triangular shape is also formed at a connecting portion of the other end portion of the oxidant gas passage 12 with the oxidant gas supply manifold 11a. Each of the discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18 includes an end portion of the oxidant gas flow path 12, an oxidant gas discharge manifold 11b, an oxidant gas supply, as shown in FIGS. Blocking surfaces 17a and 18a rising from the lowermost position in the gravity direction Y of the oxidant gas flow channel 12 at the boundary of the manifold 11a on the opposite side of the gravity direction Y, and the oxidant gas flow channel 12 gradually from the top of the blocking surfaces 17a and 18a. It has the inclined surfaces 17b and 18b which fall linearly on the side.

このような構造となる燃料電池では、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａから導入された加湿状態の酸化剤ガス（例えば、空気）が酸化剤ガス流路１２を通って酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂから排出される。この酸化剤ガスと燃料ガス（アノード側セパレータ１０ｂを流れる）との反応によって生成された水や、酸化剤ガスに含有される水分に起因して酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａそれぞれの重力方向Ｙ最下端部位に水分Ｄｎが溜まるが、排出側堰体１７及び供給側堰体１８の阻止面１７ａ、１８ａによって、その水分Ｄｎは酸化剤ガス流路１２に吸い戻されることが阻止される。   In the fuel cell having such a structure, a humidified oxidant gas (for example, air) introduced from the oxidant gas supply manifold 11a is discharged from the oxidant gas discharge manifold 11b through the oxidant gas flow path 12. The Oxidant gas discharge manifold 11b and oxidant gas supply manifold 11a resulting from the reaction between the oxidant gas and the fuel gas (flowing through anode-side separator 10b) and the water contained in the oxidant gas. Moisture Dn accumulates at the lowest end of each gravity direction Y, but the moisture Dn may be sucked back into the oxidant gas flow path 12 by the blocking surfaces 17a and 18a of the discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18. Be blocked.

排出側堰体１７及び供給側堰体１８は、それぞれ、酸化剤ガス流路１２の酸化剤ガス排出ガスマニホールド１１ｂとの連結部位及び酸化剤ガス供給ガスマニホールド１１ａとの連結部位に形成される。このため、特に、酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａを重力方向Ｙに延ばさなくても、また、オフセットさせなくても、酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａの重力方向Ｙ最下端部位に溜まった水分Ｄｎの酸化剤ガス流路１２への流出を阻止することができるようになる。   The discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18 are formed at a connection portion of the oxidant gas flow path 12 with the oxidant gas discharge gas manifold 11b and a connection portion with the oxidant gas supply gas manifold 11a, respectively. For this reason, in particular, the oxidant gas discharge manifold 11b and the oxidant gas supply manifold 11a need not be extended in the direction of gravity Y or offset without being offset. It becomes possible to prevent the outflow of the moisture Dn accumulated in the lowest end portion in the gravity direction Y to the oxidant gas flow path 12.

また、排出側堰体１７及び供給側堰体１８は、阻止面１７ａ、１８ａの頂部から酸化剤ガス流路１２側に直線的に低下していく傾斜面１７ｂ、１８ｂを有している。このため、酸化剤ガス排出マニホールドｌ１ｂ、酸化剤ガス供給マニホールド１１ａに溜まった水分Ｄｎが仮に阻止面１７ａ、１８ｂを越えたとしても、その水分は、排出側堰体１７及び供給側堰体１８の酸化剤ガス流路１２側に滞留することなく、傾斜面１７ｂ、１８ｂを伝って流れることになる。これにより、酸化剤ガス流路１２側の水分層がより薄くなり、酸化剤ガス流路１２が部分的に閉塞してしまう事態を防止することができる。また、通常発電時に、排出側堰体１７及び供給側堰体１８に付着した水分が滞留して酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａに排出され難くなることを防止することができる。   Further, the discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18 have inclined surfaces 17b and 18b that linearly decrease from the tops of the blocking surfaces 17a and 18a toward the oxidant gas flow path 12 side. For this reason, even if the moisture Dn accumulated in the oxidant gas discharge manifold 11b and the oxidant gas supply manifold 11a exceeds the blocking surfaces 17a and 18b, the moisture remains in the discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18. It flows through the inclined surfaces 17b and 18b without staying on the oxidant gas flow path 12 side. Thereby, the water | moisture-content layer by the side of the oxidant gas channel 12 becomes thinner, and the situation where the oxidant gas channel 12 is partially blocked can be prevented. Further, it is possible to prevent the moisture adhering to the discharge side weir body 17 and the supply side weir body 18 from staying and becoming difficult to be discharged to the oxidant gas discharge manifold 11b and the oxidant gas supply manifold 11a during normal power generation. .

なお、前述した例では、酸化剤ガス流路１２の酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ｂ双方との連結部位に堰体１７、１８を形成するようにしたが、堰体は、そのいずれか一方に形成されるものであってもよい。また、堰体１７、１８の構造は、少なくとも阻止面１７ａ、１８ａがあればよく、その阻止面１７ａ、１８ｂに続く面は前述したような傾斜面でなくてもよい。例えば、各堰体１７、１８は、三角形状ではなく矩形状であってもよい。ただし、この場合、水分が阻止面１７ａ、１８ｂを越えてしまうと、その水分が堰体１７、１８の酸化剤ガス流路１２側に滞留するおそれがあり、また、通常発電時に堰体１７、１８に滞留した水分が各マニホールド１１ｂ、１１ａに排出され難くなるおそれがあるので、各堰体１７、１８は、前述したように傾斜面１７ｂ、１８ｂを有する構造が好ましい。その傾斜面１７ｂ、１８ｂは、阻止面１７ａ、１８ｂから直線的に低下するものでなくても、例えば、湾曲形状のものであってもよい。   In the above-described example, the weir bodies 17 and 18 are formed at the connecting portions of the oxidant gas flow path 12 with both the oxidant gas discharge manifold 11b and the oxidant gas supply manifold 11b. It may be formed on either one of them. Further, the weir bodies 17 and 18 may have at least blocking surfaces 17a and 18a, and the surfaces following the blocking surfaces 17a and 18b may not be inclined surfaces as described above. For example, each of the weir bodies 17 and 18 may have a rectangular shape instead of a triangular shape. However, in this case, if moisture exceeds the blocking surfaces 17a and 18b, the moisture may stay on the oxidant gas flow path 12 side of the weir bodies 17 and 18, and the weir body 17 and 18 during normal power generation. Since the water staying in 18 may be difficult to be discharged to the manifolds 11b and 11a, the weir bodies 17 and 18 preferably have the inclined surfaces 17b and 18b as described above. The inclined surfaces 17b and 18b may not be linearly lowered from the blocking surfaces 17a and 18b, but may be curved, for example.

酸化剤ガス流路１２は、サーペンタイン状に形成されるものであったが、その敷設形状は、特にこれに限定されない。酸化剤ガス流路１２は、その端部において複数の溝を所定数ずつ束ねた分配部を有する構造となるものがあるが、この場合、その分配部の各ガスマニホールド１１ａ、１１ｂとの連結部位に堰体を形成することができる。各堰体１７、１８の阻止面１７、１８は、各ガスマニホールド１１ａ、１１ｂでのガス流通特性を特に損なわない限り、ガスマニホールド１１ａ、１１ｂ側に配置することもできる。
また、酸化剤ガス流路１２に連結されるガスマニホールドの数は、前述したように２つに限られない。例えば、図３に示すように、酸化剤ガス流路１２に２つの酸化剤ガス供給マニホールド１１ａ（１）、１１ａ（２）と、２つの酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ（１）、１１ｂ（２）が連結され得る。この場合、各ガスマニホールド１１ａ（１）、１１ａ（２）、１１ｂ（１）、１１ｂ（２）のそれぞれと酸化剤ガス流路１２との連結部位に堰体１７（１）、１７（２）、１８（１）、１８（２）を設けることができる。 The oxidant gas flow path 12 is formed in a serpentine shape, but the laying shape is not particularly limited to this. The oxidant gas flow path 12 has a structure having a distribution part in which a plurality of grooves are bundled at a predetermined number at the end, and in this case, a connection part of each of the distribution parts to the gas manifolds 11a and 11b. A weir body can be formed. The blocking surfaces 17 and 18 of the respective weir bodies 17 and 18 can be arranged on the gas manifolds 11a and 11b side as long as the gas flow characteristics in the gas manifolds 11a and 11b are not particularly impaired.
Further, the number of gas manifolds connected to the oxidant gas flow path 12 is not limited to two as described above. For example, as shown in FIG. 3, two oxidant gas supply manifolds 11a (1) and 11a (2) and two oxidant gas discharge manifolds 11b (1) and 11b (2) are provided in the oxidant gas flow path 12. Can be linked. In this case, weir bodies 17 (1) and 17 (2) are connected to connecting portions of the gas manifolds 11 a (1), 11 a (2), 11 b (1), and 11 b (2) and the oxidant gas flow path 12. , 18 (1), 18 (2) can be provided.

なお、前述した例では、カソード側セパレータ１０ａにおいて、酸化剤ガス排出マニホールド１１ｂ及び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａのそれぞれと酸化剤ガス流路１２の端部との連結部位に水分流出阻止部（堰体１７、１８）を形成するものであったが、アノード側セパレータ１０ｂにおいて、燃料ガス排出マニホールド及び燃料ガス供給マニホールドのそれぞれと燃料ガス流路の端部との連結部位に前述したのと同様の水分流出阻止部（堰体）を形成することもできる。   In the above-described example, in the cathode separator 10a, the moisture outflow prevention portion (weir body) is connected to the connection portion between each of the oxidant gas discharge manifold 11b and the oxidant gas supply manifold 11a and the end of the oxidant gas flow path 12. 17, 18), but in the anode separator 10 b, the same water content as described above at the connection portion between each of the fuel gas discharge manifold and the fuel gas supply manifold and the end of the fuel gas flow path An outflow prevention part (weir body) can also be formed.

以上、説明したように、本発明に係る燃料電池によれば、燃料電池に形成すべき各マニホールドの開口面積の制約及び反応有効面積の低下を伴うことなく、ガス流路への水分の吸い戻しを防止することができるという効果を有し、各単セルに、ガス流路と、該ガス流との両端部それぞれに連結するガスマニホールドとが形成された燃料電池にとして有用である。   As described above, according to the fuel cell according to the present invention, moisture is sucked back into the gas flow path without limiting the opening area of each manifold to be formed in the fuel cell and reducing the reaction effective area. This is useful as a fuel cell in which a gas flow path and gas manifolds connected to both ends of the gas flow are formed in each single cell.

本発明の実施の形態に係る燃料電池におけるセパレータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the separator in the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 図１に示すセパレータに形成された酸化剤ガス流路の両端部と酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドとの連結部位の詳細構造を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the connection part of the both ends of the oxidizing gas flow path formed in the separator shown in FIG. 1, an oxidizing gas supply manifold, and an oxidizing gas discharge manifold. セパレータの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of a separator. 固体分子型の燃料電池の基本的な構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of a solid molecular fuel cell. 図２に示す燃料電池の各単セルにおける従来のセパレータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional separator in each single cell of the fuel cell shown in FIG. 従来のセパレータの他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the conventional separator.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 単セル
１０ａ カソード側セパレータ
１０ｂ アノード側セパレータ
１１ａ 酸化剤ガス供給マニホールド
１１ｂ 酸化剤ガス排出マニホールド
１２ 酸化剤ガス流路
１７ 排出側堰体
１８ 供給側堰体
１７ａ、１８ａ 阻止面
１７ｂ、１８ｂ 傾斜面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Single cell 10a Cathode side separator 10b Anode side separator 11a Oxidant gas supply manifold 11b Oxidant gas discharge manifold 12 Oxidant gas flow path 17 Discharge side weir body 18 Supply side weir body 17a, 18a Blocking surface 17b, 18b Inclined surface

Claims (3)

積層された複数の単セルを有し、各単セルに、ガス流路と、該ガス流路に連結する少なくとも２つのガスマニホールドとが形成された燃料電池であって、
少なくとも一のガスマニホールドと当該ガス流路との連結部位に配置され、前記ガスマニホールドに溜まった水分が前記ガス流路に流出することを阻止する水分流出阻止部を有し、
前記水分流出阻止部は、前記ガスマニホールドとの連結部位における前記ガス流路の重力方向最下端位置から該重力方向と逆側に立ち上がる阻止面を有する堰体であって、
前記堰体は、前記阻止面の頂部から徐々に前記ガス流路側に連続的に低下する傾斜面を有することを特徴とする燃料電池。 A fuel cell having a plurality of unit cells stacked, each unit cell having a gas flow path and at least two gas manifolds connected to the gas flow path,
Disposed at a connection portion with at least one gas manifold and the gas flow path, the water accumulated in the gas manifold have a water outflow preventing section to prevent the flowing out to the gas flow path,
The moisture outflow prevention portion is a weir body having a prevention surface that rises from the lowest position in the gravity direction of the gas flow path at the connection portion with the gas manifold to the opposite side to the gravity direction,
The fuel cell according to claim 1, wherein the weir body has an inclined surface that gradually decreases gradually from the top of the blocking surface toward the gas flow path . 固体高分子型となる請求項１記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1 , which is a solid polymer type. 前記ガスマニホールドは、酸化剤ガス用のマニホールドであることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 2 , wherein the gas manifold is a manifold for an oxidant gas.
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