JP4803957B2 - Internal manifold fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と金属セパレータとを積層する発電セルを備え、前記発電セルには、積層方向に貫通して反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔及び冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔が設けられる内部マニホールド型燃料電池に関する。 The present invention includes a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes and a metal separator are stacked, and the power generation cell penetrates in the stacking direction to the reaction gas flow path. The present invention relates to an internal manifold type fuel cell in which a reaction gas communication hole and a cooling medium communication hole communicating with a cooling medium flow path are provided.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側に、それぞれ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・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are respectively provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane) is used as a separator. A power generation cell sandwiched between the two. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
この発電セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、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、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 power generation cell, the fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and the cathode passes through the electrolyte membrane. Move to the side electrode side. 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, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen reacts to produce water.
発電セルにおいて、セパレータの面内には、各電極に対向して反応ガスを流すための反応ガス流路が設けられるとともに、隣接する発電セルを構成するセパレータ間には、前記発電セルを冷却する冷却媒体を流すための冷却媒体流路が設けられている。反応ガスは、酸化剤ガス及び燃料ガスであり、反応ガス流路は、カソード側電極に対向して前記酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路と、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とからなる。 In the power generation cell, a reaction gas channel for flowing a reaction gas is provided in the plane of the separator so as to face each electrode, and the power generation cell is cooled between separators constituting adjacent power generation cells. A cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided. The reactive gas is an oxidant gas and a fuel gas, and the reactive gas flow path is an oxidant gas flow path for flowing the oxidant gas facing the cathode side electrode, and a fuel gas facing the anode side electrode. And a fuel gas flow path for flowing gas.
ところで、この種のセパレータは、通常、カーボン部材等で形成されており、加工費が高騰するとともに、コンパクト化が図れないという問題が指摘されている。このため、薄板状の金属製プレートに凹凸状のプレス加工を施した金属セパレータが採用されている。 By the way, this type of separator is usually formed of a carbon member or the like, and it has been pointed out that the processing cost increases and the size cannot be reduced. For this reason, the metal separator which gave the uneven | corrugated press processing to the thin metal plate is employ | adopted.
その際、金属セパレータの両面には、反応ガス流路や冷却媒体流路を形成するための凹凸が一体的に設けられている。従って、金属セパレータの一方の面に、例えば、サーペンタイン形状の反応ガス流路を設けようとすると、他方の面が前記反応ガス流路の形状に拘束されてしまい、所望形状の冷却媒体流路を設けることができないおそれがある。特に、金属セパレータの周縁部に、該金属セパレータの積層方向に貫通して反応ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成される内部マニホールド型燃料電池では、前記冷却媒体連通孔と冷却媒体流路とを良好に連通させることができないという問題がある。 In that case, the unevenness | corrugation for forming a reaction gas flow path and a cooling medium flow path is integrally provided in both surfaces of the metal separator. Therefore, for example, if a serpentine-shaped reaction gas flow path is provided on one surface of the metal separator, the other surface is constrained by the shape of the reaction gas flow path, and a cooling medium flow path having a desired shape is formed. There is a possibility that it cannot be provided. In particular, in the internal manifold fuel cell in which the reaction gas communication hole and the cooling medium communication hole are formed in the peripheral portion of the metal separator in the stacking direction of the metal separator, the cooling medium communication hole, the cooling medium flow path, There is a problem that it is not possible to communicate well.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池用セパレータが採用されている。このセパレータは、凹凸が形成されて外面にそれぞれガス流路を形成する2枚の金属板と、該2枚の金属板の間に挟まれ、凹凸が形成されて表裏に冷却水流路を形成する中間金属板とを有している。 Therefore, for example, a fuel cell separator disclosed in Patent Document 1 is employed. This separator is composed of two metal plates that are formed with irregularities to form gas passages on the outer surface, and an intermediate metal that is sandwiched between the two metal plates and has an irregularity to form cooling water channels on the front and back sides. And a board.
上記の特許文献1では、セパレータが2枚の金属板間に1枚の中間金属板を挟んでおり、全体で3枚の金属板を備えている。このため、金属板の枚数が多く、特に、数十〜数百の発電セルが積層される場合には、前記金属板の枚数が相当に増大してしまう。これにより、セパレータの装着作業が煩雑で且つ時間のかかるものになるとともに、コストが高騰するという問題がある。しかも、各セパレータは、積層方向に3枚の金属板が配設されるため、積層方向の寸法が増加してしまい、燃料電池全体が積層方向に大型化するという問題がある。 In the above-mentioned patent document 1, the separator sandwiches one intermediate metal plate between two metal plates, and includes three metal plates as a whole. For this reason, the number of metal plates is large, and particularly when several tens to several hundreds of power generation cells are stacked, the number of the metal plates increases considerably. As a result, the separator mounting operation becomes complicated and time consuming, and the cost increases. Moreover, each separator is provided with three metal plates in the stacking direction, so that the dimension in the stacking direction increases, and the entire fuel cell becomes large in the stacking direction.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、経済的且つコンパクトな構成で、反応ガス流路の形状に影響されることがなく、冷却媒体を発電セル間に良好且つ均一に流すことが可能な内部マニホールド型燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and has an economical and compact configuration, is not affected by the shape of the reaction gas flow path, and allows the cooling medium to flow well and uniformly between the power generation cells. An object is to provide a possible internal manifold fuel cell.
本発明に係る内部マニホールド型燃料電池では、電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と該電解質膜・電極構造体を挟持する一対の板状金属セパレータとを有する発電セルを備え、前記電解質膜・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されている。さらに、水平方向に積層される発電セル間に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成され、前記発電セルには、積層方向に貫通して反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔及び前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔が設けられている。 In an internal manifold fuel cell according to the present invention, a power generation cell having an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes and a pair of plate-like metal separators sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure And a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface is formed between the electrolyte membrane / electrode structure and the metal separator. Further, a cooling medium flow path for supplying a cooling medium is formed between the power generation cells stacked in the horizontal direction, and the power generation cell has a reaction gas communication hole penetrating in the stacking direction and communicating with the reaction gas flow path. And a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow path is provided.
そして、反応ガス流路は、折り返し部位を有する蛇行流路形状に構成されるとともに、少なくとも冷却媒体連通孔に近接して折り返す前記折り返し部位は、複数の突起部により構成されている。 The reactive gas flow path is configured in a meandering flow path shape having a folded portion, and at least the folded portion that is folded close to the cooling medium communication hole is configured by a plurality of protrusions.
また、発電セルは、水平方向に向かって互いに対向する第1及び第2の辺に、それぞれ反応ガス連通孔である燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔と、前記燃料ガス連通孔及び前記酸化剤ガス連通孔の間に位置して冷却媒体連通孔とが形成されるとともに、前記冷却媒体流路は、前記第1及び第2の辺の冷却媒体連通孔同士を連通する直線状流路を備えることが好ましい。 Further, the power generation cell includes a fuel gas communication hole and an oxidant gas communication hole, which are reaction gas communication holes, and the fuel gas communication hole and the oxidation gas, on the first and second sides facing each other in the horizontal direction. A cooling medium communication hole is formed between the agent gas communication holes, and the cooling medium flow path is a linear flow path that connects the cooling medium communication holes on the first and second sides. It is preferable to provide.
さらに、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔は、それぞれガス入口側連通孔がガス出口側連通孔よりも上方に配設されることが好ましい。 Further, the fuel gas communication hole and the oxidant gas communication hole are preferably arranged such that the gas inlet side communication hole is disposed above the gas outlet side communication hole.
本発明によれば、少なくとも冷却媒体連通孔に近接する反応ガス流路の折り返し部位に、複数の突起部が設けられるため、金属セパレータの面には、前記突起部間に対応して流路(バッファ部)が形成される。従って、金属セパレータの一方の面に蛇行流路形状に構成される反応ガス流路が設けられていても、前記金属セパレータの他方の面では、前記反応ガス流路の形状に拘束されることがなく、冷却媒体連通孔から、直接、冷却媒体流路に冷却媒体を供給することができる。 According to the present invention, since the plurality of projections are provided at least at the folded portion of the reaction gas channel close to the cooling medium communication hole, the surface of the metal separator has a channel (corresponding to the gap between the projections). Buffer portion) is formed. Therefore, even if a reaction gas flow path configured in a meandering flow path shape is provided on one surface of the metal separator, the other surface of the metal separator is constrained by the shape of the reaction gas flow path. Instead, the cooling medium can be supplied directly to the cooling medium flow path from the cooling medium communication hole.
具体的には、反応ガス流路が溝部及び山部(凸凹部)で構成されると、折り返し部位では、前記溝部及び前記山部が冷却媒体連通孔と冷却媒体流路との間に前記冷却媒体流路に交差して形成されてしまう。これにより、冷却媒体連通孔から冷却媒体流路に冷却媒体を供給することができず、前記冷却媒体連通孔の位置を変更する等の対策が必要となる。 Specifically, when the reaction gas flow path is configured by a groove part and a peak part (convex concave part), the groove part and the peak part are located between the cooling medium communication hole and the cooling medium flow path at the folded portion. It will be formed crossing the medium flow path. As a result, the cooling medium cannot be supplied from the cooling medium communication hole to the cooling medium flow path, and measures such as changing the position of the cooling medium communication hole are required.
これに対して、折り返し部位に対応して複数の突起部からなる流路を設けることにより、冷却媒体連通孔の配置や形状のレイアウトの自由度が確保される。しかも、冷却媒体は、一旦、バッファ部である流路に供給されるため、冷却媒体流路に均一に分配される。従って、冷却媒体の不均一な流れによる反応分布の発生や反応ガス流路での局所的な結露、又は発熱による電解質膜・電極構造体の耐久性の低下を有効に阻止することが可能になる。 On the other hand, by providing a flow path composed of a plurality of protrusions corresponding to the folded portion, the degree of freedom in the arrangement of the cooling medium communication holes and the layout is ensured. Moreover, since the cooling medium is once supplied to the flow path which is the buffer unit, it is uniformly distributed to the cooling medium flow path. Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of reaction distribution due to the non-uniform flow of the cooling medium, local condensation in the reaction gas flow path, or a decrease in durability of the electrolyte membrane / electrode structure due to heat generation. .
また、水平方向に向かって互いに対向する第1及び第2の辺に、燃料ガス連通孔、冷却媒体連通孔及び酸化剤ガス連通孔が形成されるため、金属セパレータの高さ方向の寸法(第3及び第4の辺の間隔)を良好に短縮することができる。これにより、燃料電池全体の高さ寸法を有効に抑えることが可能になり、車載用に、特に床下の搭載に適した構成となる。さらに、冷却媒体流路は、冷却媒体連通孔同士を連通する直線状流路を備えるため、電極面内を均一に冷却するとともに、局所的な結露、又は発熱の発生を阻止することができる。 In addition, since the fuel gas communication hole, the cooling medium communication hole, and the oxidant gas communication hole are formed in the first and second sides facing each other in the horizontal direction, the height dimension of the metal separator (the first dimension) 3) and the fourth side) can be shortened satisfactorily. As a result, the height dimension of the entire fuel cell can be effectively suppressed, and the configuration is suitable for in-vehicle use, particularly for mounting under the floor. Furthermore, since the cooling medium flow path is provided with a linear flow path that connects the cooling medium communication holes, the inside of the electrode surface can be uniformly cooled, and local condensation or heat generation can be prevented.
さらにまた、ガス入口側連通孔がガス出口側連通孔よりも上方に配設されるため、反応ガス流路に存在する生成水の液滴が、重力によってガス出口側連通孔に良好に排出される。 Furthermore, since the gas inlet-side communication hole is disposed above the gas outlet-side communication hole, the generated water droplets existing in the reaction gas channel are well discharged to the gas outlet-side communication hole by gravity. The
図1は、本発明の実施形態に係る内部マニホールド型燃料電池を構成する発電セル10の要部分解斜視説明図であり、図2は、複数の前記発電セル10を水平方向(矢印A方向)に積層してスタック化された燃料電池12の、図1中、II−II線断面説明図であり、図3は、前記燃料電池12の、図1中、III−III線断面説明図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a
図1に示すように、発電セル10は、電解質膜・電極構造体14が、第1及び第2金属セパレータ16、18に挟持される。第1及び第2金属セパレータ16、18は、板状金属製プレート、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等によりプレス成形されている。
As shown in FIG. 1, in the
発電セル10の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部(第1の辺)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、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(ガス入口側連通孔)20a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22b、及び燃料ガス、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(ガス出口側連通孔)24bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
One end edge (first side) of the
発電セル10の矢印B方向の他端縁部(第2の辺)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(ガス入口側連通孔)24a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22a、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(ガス出口側連通孔)20bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge (second side) of the
図1及び図4に示すように、第1金属セパレータ16の電解質膜・電極構造体14に対向する面16aには、例えば、矢印B方向に1往復半だけ折り返す蛇行流路である酸化剤ガス流路(反応ガス流路)26が設けられる。酸化剤ガス流路26は、第1金属セパレータ16を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部28を備えている。溝部28は、矢印B方向に略直線状に延在する。
As shown in FIGS. 1 and 4, for example, an oxidant gas which is a meandering flow path that folds back and forth in the direction of arrow B by one reciprocal half in the
第1金属セパレータ16には、複数の溝部28の矢印B方向両側に位置して複数の突起部30が面16a側に突出して設けられるとともに、折り返し用仕切り部材32a、32bが互いに矢印C方向に離間し且つ千鳥状に配置される。仕切り部材32a、32bは、例えば、シール部材で構成されて面16aに一体化されており、それぞれ短尺側に折り返し部位34a、34bが設けられる。なお、仕切り部材32a、32bは、例えば、プレス成形により一体的に設けてもよい。
The
折り返し部位34a、34bは、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bに近接している。突起部30は、例えば、エンボス加工により形成されている。
The folded
第1金属セパレータ16の面16a、16bには、この第1金属セパレータ16の外周端部を周回して、第1シール部材36が焼き付けや射出成形等により一体化される。第1シール部材36は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
The
第1シール部材36は、第1金属セパレータ16の面16aにおいて、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bを酸化剤ガス流路26に連通してこれらを囲繞する一方、前記第1金属セパレータ16の面16bにおいて、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bを後述する冷却媒体流路50に連通して形成される。
The
図1及び図5に示すように、第2金属セパレータ18の電解質膜・電極構造体14に対向する面18aには、燃料ガス入口連通孔24aと燃料ガス出口連通孔24bとに連通し、矢印B方向に1往復半だけ折り返す蛇行流路を構成する燃料ガス流路(反応ガス流路)40が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
燃料ガス流路40は、第2金属セパレータ18を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部42を備えている。複数の溝部42は、矢印B方向に略直線状に延在し、その矢印B方向両側に位置して複数の突起部44a、44bが、例えば、エンボス加工によりそれぞれ面18a、18b側に突出して設けられる。面18aには、折り返し用仕切り部材46a、46bが互いに矢印C方向に離間し且つ千鳥状に配置され、前記仕切り部材46a、46bは、例えば、シール部材で構成されてそれぞれ短尺側に折り返し部位48a、48bが設けられる。折り返し部位48a、48bは、冷却媒体出口連通孔22b及び冷却媒体入口連通孔22aに近接している。
The fuel
図1及び図6に示すように、第2金属セパレータ18の面18aとは反対の面18bと、第1金属セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体出口連通孔22bとに連通する冷却媒体流路50が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 6, a cooling medium
冷却媒体流路50は、矢印B方向に略直線状に延在する複数の溝部(直線状流路)52を備え、前記溝部52の矢印B方向両側に位置して複数の突起部44bが設けられる。複数の突起部44bは、第1金属セパレータ16の面16bに接触して冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bを複数の溝部52に連通させる流路(バッファ部)53a、53bを構成する(図3参照)。
The cooling
第2金属セパレータ18の面18a、18bには、この第2金属セパレータ18の外周端部を周回して、第2シール部材54が一体化される。第2シール部材54は、上記の第1シール部材36と同一の材料で構成される。第2シール部材54は、第2金属セパレータ18の面18aにおいて、燃料ガス流路40と燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bとを連通してこれらを囲繞する(図5参照)。第2シール部材54は、面18bにおいて、冷却媒体流路50と冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bとを連通してこれらを囲繞する(図6参照)。
The
図1に示すように、電解質膜・電極構造体14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た固体高分子電解質膜60と、前記固体高分子電解質膜60を挟持するアノード側電極62及びカソード側電極64とを備える。固体高分子電解質膜60の外周縁部は、アノード側電極62及びカソード側電極64の外周端部よりも外方に突出している。
As shown in FIG. 1, the electrolyte membrane /
アノード側電極62及びカソード側電極64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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜60を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜60の両面に接合されている。
The
このように構成される発電セル10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、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。
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas
このため、燃料ガスは、図5に示すように、燃料ガス入口連通孔24aから第2金属セパレータ18の燃料ガス流路40に導入され、矢印B方向に往復移動しながら、電解質膜・電極構造体14を構成するアノード側電極62に供給される。一方、酸化剤ガスは、図1及び図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aから第1金属セパレータ16の酸化剤ガス流路26に導入され、矢印B方向に往復移動しながら、電解質膜・電極構造体14を構成するカソード側電極64に供給される。
For this reason, as shown in FIG. 5, the fuel gas is introduced into the fuel
従って、電解質膜・電極構造体14では、アノード側電極62に供給される燃料ガスと、カソード側電極64に供給される酸化剤ガスとが、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 /
次いで、アノード側電極62に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔24bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極64に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the consumed fuel gas supplied to the
また、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金属セパレータ16、18間に形成された冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体14を冷却した後、冷却媒体出口連通孔22bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、本実施形態では、図5に示すように、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bに近接する燃料ガス流路40の折り返し部位48b、48aに、複数の突起部44a、44bが互いに異なる方向に突出して設けられている。このため、第2金属セパレータ18の面18bには、図6に示すように、突起部44b間に対応して流路53a、53bが形成され、この流路53a、53bは、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bと複数の溝部52とを連通するバッファ部を構成している。
In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, a plurality of
従って、第2金属セパレータ18の一方の面18aに蛇行流路形状に構成される燃料ガス流路40が設けられていても、前記第2金属セパレータ18の他方の面18bでは、前記燃料ガス流路40の形状に拘束されることがなく、冷却媒体入口連通孔22aから、直接、冷却媒体流路50に冷却媒体を供給することができるという効果が得られる。同様に、冷却媒体流路50から、直接、冷却媒体出口連通孔22bに冷却媒体を排出することが可能になる。
Therefore, even if the fuel
これにより、面18aの折り返し部位48b、48aに対応して、面18bに複数の突起部44bからなる流路53a、53bを設けることにより、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bの配置や形状のレイアウトの自由度が確保される。
Accordingly, by providing the
しかも、冷却媒体は、一旦、バッファ部である流路53aに供給されるため、冷却媒体流路50を構成する複数の溝部52に均一に分配される。従って、電解質膜・電極構造体14には、冷却媒体の不均一な流れによる反応分布の発生や局所的な結露が発生することがなく、さらに、発熱による前記電解質膜・電極構造体14の耐久性の低下を有効に阻止することが可能になる。
In addition, since the cooling medium is once supplied to the
また、発電セル10は、水平方向一端縁部(第1の辺)に、酸化剤ガス入口連通孔20a、冷却媒体出口連通孔22b及び燃料ガス出口連通孔24bが形成されるとともに、水平方向他端縁部(第2の辺)に、燃料ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔22a及び酸化剤ガス出口連通孔20bが形成されている。このため、発電セル10は、高さ方向(第3及び第4の辺の間隔)を良好に短縮することができ、前記発電セル10全体の高さ寸法を抑えることが可能になり、車載用に、特に床下の搭載に適した構成となる。
Further, the
さらにまた、冷却媒体流路50は、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体出口連通孔22bとを連通する複数の溝部(直線状流路)52を備えているため、電極面内を均一に冷却するとともに、酸化剤ガス流路26や燃料ガス流路40での局所的な結露、又は発熱の発生を阻止することができるという利点がある。
Furthermore, since the cooling
また、酸化剤ガス入口連通孔20a及び燃料ガス入口連通孔24aは、酸化剤ガス出口連通孔20b及び燃料ガス出口連通孔24bよりも上方に配設されている。これにより、酸化剤ガス流路26及び燃料ガス流路40に存在する生成水の液滴が、重力によって酸化剤ガス出口連通孔20b及び燃料ガス出口連通孔24bに良好に排出される。
The oxidant gas
10…発電セル 12…燃料電池
14…電解質膜・電極構造体 16、18…金属セパレータ
16a、16b、18a、18b…面 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…酸化剤ガス流路
28、42、52…溝部 30、44a、44b…突起部
34a、34b、48a、48b…折り返し部位
36、54…シール部材 40…燃料ガス流路
50…冷却媒体流路 53a、53b…流路
60…固体高分子電解質膜 62…アノード側電極
64…カソード側電極
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記発電セルは、水平方向に向かって互いに対向する第1及び第2の辺に、それぞれ前記反応ガス連通孔である燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔と、前記燃料ガス連通孔及び前記酸化剤ガス連通孔の間に位置して前記冷却媒体連通孔とが形成されるとともに、
前記冷却媒体流路は、前記第1及び第2の辺の冷却媒体連通孔同士を連通する直線状流路を備え、
前記金属セパレータは、プレス成形により両面に波形状に成形されて直線状に延在する複数の溝部と折り返し部位とを有する蛇行流路形状の前記反応ガス流路を設けるとともに、
隣り合う発電セルを構成し互いに隣接する各金属セパレータ間には、前記反応ガス流路の裏面同士を重ね合わせて前記冷却媒体流路が形成され、
少なくとも前記冷却媒体連通孔に近接して折り返す前記折り返し部位は、前記反応ガス流路側に突出する複数の突起部及び前記冷却媒体流路側に突出する複数の突起部により構成され、前記突起部を介して前記冷却媒体連通孔と前記冷却媒体流路との間で前記冷却媒体を流通させることを特徴とする内部マニホールド型燃料電池。 A power generation cell having an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes and a pair of plate-like metal separators sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure, the electrolyte membrane / electrode structure, A reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface is formed between the metal separator and a cooling medium flow path for supplying a cooling medium between the power generation cells stacked in the horizontal direction. An internal manifold type fuel cell in which the power generation cell is provided with a reaction gas communication hole penetrating in the stacking direction and communicating with the reaction gas flow channel and a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow channel. There,
The power generation cell includes a fuel gas communication hole and an oxidant gas communication hole, which are the reaction gas communication holes, and the fuel gas communication hole and the oxidation gas, on first and second sides facing each other in the horizontal direction. And the cooling medium communication hole is formed between the agent gas communication holes,
The cooling medium flow path includes a linear flow path that communicates the cooling medium communication holes on the first and second sides,
The metal separator is provided with the reactive gas flow path in a meandering flow path shape having a plurality of grooves and folded portions that are linearly formed on both surfaces by press molding, and
Between the metal separators that constitute adjacent power generation cells and are adjacent to each other, the cooling medium flow path is formed by overlapping the back surfaces of the reaction gas flow paths,
The folded portion that is folded at least in the vicinity of the cooling medium communication hole includes a plurality of protrusions protruding toward the reaction gas flow path and a plurality of protrusions protruding toward the cooling medium flow path. An internal manifold type fuel cell, wherein the cooling medium is circulated between the cooling medium communication hole and the cooling medium flow path.
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