JP5042507B2

JP5042507B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5042507B2
Application number: JP2006043698A
Authority: JP
Inventors: 英男加藤; 誠治杉浦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007226991A

Description

本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、金属セパレータとが積層される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and a metal separator are laminated.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子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（電極触媒層）と多孔質カーボン（拡散層）からなるアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セル（単位セル）により構成されている。通常、燃料電池では、この発電セルを所定の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. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode made of an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (diffusion layer) are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, respectively. The power generation cell (unit cell) is sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, in a fuel cell, a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is used.

上記の燃料電池では、セパレータとして、例えば、薄板状の金属製プレートで構成される金属セパレータが使用される場合がある。この金属セパレータでは、プレス加工によって一方の面に反応ガス流路（燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路）が形成されると、他方の面には、前記反応ガス流路の形状により決定された冷却媒体流路（又は他の反応ガス流路）が形成されることになる。このため、反応ガス流路の形状によっては、冷却媒体流路に沿って冷却媒体を良好に流すことができないという問題がある。 In the fuel cell described above, for example, a metal separator composed of a thin metal plate may be used as the separator. In this metal separator, when a reaction gas channel (a fuel gas channel or an oxidant gas channel) is formed on one surface by pressing, the other surface is determined by the shape of the reaction gas channel. Thus, a cooling medium flow path (or other reaction gas flow path) is formed. For this reason, there exists a problem that a cooling medium cannot be flowed favorably along a cooling medium flow path depending on the shape of the reaction gas flow path.

そこで、特許文献１に開示されている燃料電池では、電解質・電極接合体と交互に積層されるセパレータが、少なくとも互いに積層される第１及び第２金属プレートを備えている。第１金属プレートは、アノード側電極の面方向に沿って燃料ガスを供給し且つ屈曲する流路を含む燃料ガス流路を設ける一方、第２金属プレートは、カソード側電極の面方向に沿って酸化剤ガスを供給し且つ屈曲する流路を含む酸化剤ガス流路を設けている。 Therefore, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, the separator alternately stacked with the electrolyte / electrode assembly includes at least first and second metal plates stacked on each other. The first metal plate is provided with a fuel gas flow path including a flow path for supplying and bending the fuel gas along the surface direction of the anode side electrode, while the second metal plate is provided along the surface direction of the cathode side electrode. An oxidant gas flow path including a flow path for supplying and bending the oxidant gas is provided.

そして、第１及び第２金属プレート間には、冷却媒体入口連通孔に連通する２以上の入口バッファ部と、冷却媒体出口連通孔に連通する２以上の出口バッファ部と、セパレータ面方向に沿って延在し前記２以上の入口バッファ部と前記２以上の出口バッファ部とを連通する直線状流路溝とを備える冷却媒体流路が設けられている。 Between the first and second metal plates, two or more inlet buffer portions communicating with the cooling medium inlet communication hole, two or more outlet buffer portions communicating with the cooling medium outlet communication hole, and along the separator surface direction A cooling medium flow path is provided that includes a linear flow path groove that extends and communicates with the two or more inlet buffer sections and the two or more outlet buffer sections.

このため、第１及び第２金属プレート間では、冷却媒体入口連通孔から２以上の入口バッファ部に冷却媒体が分割して供給された後、直線状流路溝を通って２以上の出口バッファ部に導入され、さらに冷却媒体出口連通孔に排出される。従って、冷却媒体は、セパレータ面内を均一に流れることができ、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることが可能になる。 For this reason, between the first and second metal plates, after the cooling medium is divided and supplied from the cooling medium inlet communication hole to the two or more inlet buffer portions, the two or more outlet buffers pass through the linear flow channel. And then discharged into the cooling medium outlet communication hole. Therefore, the cooling medium can flow uniformly in the separator surface, and the electrode surface can be uniformly cooled to obtain stable power generation performance.

特開２００４−１５２４９８号公報（図４）JP 2004-152498 A (FIG. 4)

本発明は、この種の金属セパレータを用いる燃料電池に関するものであり、特に発電部分の面積効率を有効に向上させることができ、しかも面内反応分布の均一性及び排水性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention relates to a fuel cell that uses this type of metal separator, and in particular, provides a fuel cell that can effectively improve the area efficiency of a power generation portion and that is excellent in uniformity of in-plane reaction distribution and drainage. The purpose is to do.

本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、縦長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte, and metal separators having a vertically long rectangular shape are alternately stacked.

金属セパレータは、アノード側電極に向かう面に上下方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、カソード側電極に向かう面に上下方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、積層方向に互いに重なり合う前記金属セパレータ間には、上下方向に延在する冷却媒体流路が形成されている。そして、金属セパレータの上下両端には、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が積層方向に貫通して形成されている。 The metal separator is provided with a fuel gas flow channel extending in the vertical direction on the surface facing the anode side electrode, and an oxidant gas flow channel extending in the vertical direction on the surface facing the cathode side electrode, and in the stacking direction. Between the metal separators that overlap each other, a cooling medium passage extending in the vertical direction is formed. A fuel gas communication hole, an oxidant gas communication hole, and a cooling medium communication hole are formed in the upper and lower ends of the metal separator so as to penetrate in the stacking direction.

燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設けている。一方、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔との連通領域には、燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部の反対側に突出する凸状部同士が互いの位相又はピッチを異にして積層されることによって冷却媒体連結部が設けられている。 The fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are provided with a fuel gas connection part and an oxidant gas connection part at least partially bent or curved in a communication region between the fuel gas communication hole and the oxidant gas communication hole. . On the other hand, in the communication region between the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole, convex portions protruding to the opposite side of the fuel gas connection portion and the oxidant gas connection portion are laminated with different phases or pitches. Accordingly, a cooling medium connecting portion is provided.

また、本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、横長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池に関するものである。 The present invention also relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte and a metal separator having a horizontally long rectangular shape are alternately stacked.

金属セパレータは、アノード側電極に向かう面に水平方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、カソード側電極に向かう面に水平方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、前記金属セパレータの左右両端には、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔が積層方向に貫通して形成されている。 The metal separator is provided with a fuel gas channel extending in the horizontal direction on the surface facing the anode side electrode, and an oxidant gas channel extending in the horizontal direction on the surface facing the cathode side electrode. Fuel gas communication holes and oxidant gas communication holes are formed in the left and right ends of the separator so as to penetrate in the stacking direction.

燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設けている。そして、燃料ガス連通孔、燃料ガス連結部及び燃料ガス流路の燃料ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される一方、酸化剤ガス連通孔、酸化剤ガス連結部及び酸化剤ガス流路の酸化剤ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定されている。 The fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are provided with a fuel gas connection part and an oxidant gas connection part at least partially bent or curved in a communication region between the fuel gas communication hole and the oxidant gas communication hole. . The fuel gas flow direction of the fuel gas communication hole, the fuel gas connection portion, and the fuel gas flow path is set only in the horizontal direction to the lower direction, while the oxidant gas communication hole, the oxidant gas connection portion, and the oxidant gas. The flow direction of the oxidant gas in the flow path is set only in the horizontal direction or the downward direction.

本発明によれば、燃料ガス連通孔と燃料ガス流路との間、及び酸化剤ガス連通孔と酸化剤ガス流路との間に、バッファ部が設けられていないため、発電部分の面積効率を有効に向上させることができるとともに、液滴の滞留が阻止されて良好な排水性を得ることが可能になる。 According to the present invention, since the buffer portion is not provided between the fuel gas communication hole and the fuel gas flow path and between the oxidant gas communication hole and the oxidant gas flow path, the area efficiency of the power generation portion is increased. Can be effectively improved, and the retention of droplets is prevented, and good drainage can be obtained.

しかも、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、上下方向に延在しており、生成水を円滑且つ確実に排出させることができる。さらに、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とは、冷却媒体連結部を介して有効に連通するため、冷却媒体の滞留を良好に阻止することが可能になる。 In addition, the fuel gas channel and the oxidant gas channel extend in the vertical direction, and the generated water can be discharged smoothly and reliably. Furthermore, since the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole are effectively communicated with each other via the cooling medium connecting portion, it is possible to satisfactorily prevent the cooling medium from staying.

また、本発明によれば、燃料ガス連通孔、燃料ガス連結部及び燃料ガス流路の燃料ガス流れ方向が、水平方向乃至下方向にのみ設定されるため、発電面内に水滴が滞留することがなく、良好な排水性を確保することができる。同様に、酸化剤ガス連通孔、酸化剤ガス連結部及び酸化剤ガス流路の酸化剤ガス流れ方向が、水平方向乃至下方向にのみ設定されるため、生成水が発電面内から円滑且つ確実に排出可能になる。 In addition, according to the present invention, the fuel gas flow direction of the fuel gas communication hole, the fuel gas connection portion, and the fuel gas flow path is set only in the horizontal direction or the downward direction, so that water droplets stay in the power generation surface. And good drainage can be ensured. Similarly, since the oxidant gas flow direction of the oxidant gas communication hole, the oxidant gas connection part, and the oxidant gas flow path is set only in the horizontal direction to the downward direction, the generated water can be smoothly and reliably generated from the power generation surface. Can be discharged.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池１０を構成する発電セル１２の要部分解斜視図である。 FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell 12 constituting the fuel cell 10.

燃料電池１０は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層した積層体１４を備える。積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設されており、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、所定の締め付け荷重が付与されている。なお、燃料電池１０は、積層体１４を図示しない箱状のケーシング内に収容して構成してもよい。 The fuel cell 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in the direction of arrow A. Terminal plates 16a and 16b, insulating plates 18a and 18b, and end plates 20a and 20b are disposed at both ends in the stacking direction of the laminate 14, and a predetermined tightening load is applied between the end plates 20a and 20b. Has been. The fuel cell 10 may be configured by housing the laminate 14 in a box-shaped casing (not shown).

図２に示すように、発電セル１２は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１及び第２金属セパレータ２４、２６とを備える。第１及び第２金属セパレータ２４、２６は、縦長の長方形状を有する金属製プレートで構成されている。 As shown in FIG. 2, the power generation cell 12 includes an electrolyte membrane (electrolyte) / electrode structure 22 and first and second metal separators 24 and 26 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. The first and second metal separators 24 and 26 are formed of a metal plate having a vertically long rectangular shape.

発電セル１２の矢印Ｃ方向の一端縁部（上端縁部）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、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、及び燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。 An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with one end edge (upper edge) in the arrow C direction of the power generation cell 12 in the arrow A direction which is the stacking direction. A communication hole 30a, a cooling medium supply communication hole 32a for supplying a cooling medium, and a fuel gas supply communication hole 34a for supplying fuel gas are arranged in the direction of arrow B.

発電セル１２の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。 The other end edge (lower end edge) of the power generation cell 12 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and the oxidant gas discharge communication hole 30b for discharging the oxidant gas, cooling Cooling medium discharge communication holes 32b for discharging the medium and fuel gas discharge communication holes 34b for discharging the fuel gas are arranged in the direction of arrow B.

電解質膜・電極構造体２２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３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８及びカソード側電極４０とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 22 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 38 and a cathode side electrode 40 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 36. With.

アノード側電極３８及びカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に形成される。 The anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. An electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36.

図３に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４２が形成される。 As shown in FIG. 3, a fuel gas flow path 42 communicating with the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel gas discharge communication hole 34b is formed on the surface 24a of the first metal separator 24 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side. It is formed.

燃料ガス流路４２は、上下方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の燃料ガス流路溝４２ａを有するとともに、前記燃料ガス流路溝４２ａは、上下両端で３本ずつ入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに合流する。 The fuel gas flow channel 42 has a plurality of fuel gas flow channel grooves 42a extending in the vertical direction (arrow C direction), and the fuel gas flow channel grooves 42a are connected to the inlet side fuel gas three at each of the upper and lower ends. The portion 44a and the outlet side fuel gas connecting portion 44b join together.

入口側燃料ガス連結部４４ａは、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス流路４２とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部４６ａと、略９０゜屈曲する屈曲溝部４８ａとを有する。蛇行溝部４６ａは、冷却媒体供給連通孔３２ａの下方に位置し且つ前記冷却媒体供給連通孔３２ａに近接して多段に設けられる。 The inlet side fuel gas connecting portion 44a communicates the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel gas flow path 42, and at least a part thereof is bent up and down, that is, a meandering groove portion meandering zigzag in the arrow B direction. 46a and a bent groove portion 48a bent approximately 90 °. The meandering groove 46a is provided below the cooling medium supply communication hole 32a and in multiple stages in the vicinity of the cooling medium supply communication hole 32a.

出口側燃料ガス連結部４４ｂは、燃料ガス排出連通孔３４ｂと燃料ガス流路４２とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部４６ｂと、略９０゜屈曲する屈曲溝部４８ｂとを有する。蛇行溝部４６ｂは、冷却媒体排出連通孔３２ｂの上方に位置し且つ前記冷却媒体排出連通孔３２ｂに近接して多段に設けられる。 The outlet-side fuel gas connecting portion 44b communicates the fuel gas discharge communication hole 34b and the fuel gas flow path 42, and at least a part thereof is bent vertically, that is, a meandering groove portion meandering zigzag in the direction of arrow B 46b and a bent groove portion 48b bent approximately 90 °. The meandering groove 46b is provided above the cooling medium discharge communication hole 32b and is provided in multiple stages close to the cooling medium discharge communication hole 32b.

燃料ガス流路４２の裏面側には、すなわち、第１金属セパレータ２４の面２４ｂ側には、図２に示すように、各燃料ガス流路溝４２ａを設けることによって前記面２４ｂ側に突出する複数の長尺な第１凸状部５０が形成される。面２４ｂ側には、蛇行溝部４６ａ、４６ｂに対応して蛇行凸状部５２ａ、５２ｂと、屈曲溝部４８ａ、４８ｂに対応して屈曲溝部５４ａ、５４ｂが形成される。 As shown in FIG. 2, on the back surface side of the fuel gas flow path 42, that is, on the surface 24b side of the first metal separator 24, each fuel gas flow path groove 42a is provided to protrude toward the surface 24b side. A plurality of long first convex portions 50 are formed. On the surface 24b side, meandering convex portions 52a and 52b corresponding to the meandering groove portions 46a and 46b and bending groove portions 54a and 54b corresponding to the bending groove portions 48a and 48b are formed.

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路５６が形成される。 An oxidant gas flow path 56 communicating with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge communication hole 30b is formed on the surface 26a of the second metal separator 26 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side.

酸化剤ガス流路５６は、上下方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の酸化剤ガス流路溝５６ａを有するとともに、前記酸化剤ガス流路溝５６ａは、上下両端で３本ずつ入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに合流する。 The oxidant gas flow channel 56 has a plurality of oxidant gas flow channel grooves 56a extending in the vertical direction (the direction of arrow C), and the oxidant gas flow channel grooves 56a are provided on the inlet side in three at both the upper and lower ends. The oxidant gas connection part 58a and the outlet side oxidant gas connection part 58b merge.

入口側酸化剤ガス連結部５８ａは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス流路５６とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部６０ａと、略９０゜屈曲する屈曲溝部６２ａとを有する。蛇行溝部６０ａは、冷却媒体供給連通孔３２ａの下方に位置し且つ前記冷却媒体供給連通孔３２ａに近接して多段に設けられる。 The inlet side oxidant gas connecting portion 58a communicates with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas flow channel 56, and at least a part thereof is bent up and down, that is, zigzag meanders in the direction of arrow B. And a meandering groove portion 60a and a bent groove portion 62a that bends approximately 90 °. The meandering groove 60a is provided below the cooling medium supply communication hole 32a and in multiple stages in the vicinity of the cooling medium supply communication hole 32a.

出口側酸化剤ガス連結部５８ｂは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路５６とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部６０ｂと、略９０゜屈曲する屈曲溝部６２ｂとを有する。蛇行溝部６０ｂは、冷却媒体排出連通孔３２ｂの上方に位置し且つ前記冷却媒体排出連通孔３２ｂに近接して多段に設けられる。 The outlet side oxidant gas connecting portion 58b communicates with the oxidant gas discharge communication hole 30b and the oxidant gas flow channel 56, and at least a part thereof is bent up and down, that is, zigzag meanders in the direction of arrow B. And a meandering groove portion 60b and a bent groove portion 62b that bends approximately 90 °. The meandering groove 60b is provided in a multi-stage position above the cooling medium discharge communication hole 32b and close to the cooling medium discharge communication hole 32b.

酸化剤ガス流路５６の裏面側には、すなわち、第２金属セパレータ２６の面２６ｂ側には、図４に示すように、各酸化剤ガス流路溝５６ａを設けることによって前記面２６ｂ側に突出する複数の長尺な第２凸状部６４が形成される。面２６ｂ側には、蛇行溝部６０ａ、６０ｂに対応して蛇行凸状部６６ａ、６６ｂと、屈曲溝部６２ａ、６２ｂに対応して屈曲溝部６８ａ、６８ｂが形成される。 As shown in FIG. 4, on the back surface side of the oxidant gas flow channel 56, that is, on the surface 26b side of the second metal separator 26, each oxidant gas flow channel groove 56a is provided on the surface 26b side. A plurality of long second convex portions 64 projecting are formed. On the surface 26b side, meandering convex portions 66a and 66b corresponding to the meandering groove portions 60a and 60b and bending groove portions 68a and 68b corresponding to the bending groove portions 62a and 62b are formed.

第１金属セパレータ２４の面２４ａと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとが重ね合わされることにより、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間には、冷却媒体流路７０が形成される。 By superimposing the surface 24 a of the first metal separator 24 and the surface 26 b of the second metal separator 26, a cooling medium flow path 70 is formed between the first and second metal separators 24 and 26.

図５に示すように、冷却媒体流路７０は、第１及び第２凸状部５０、６４が当接することによって、これらの間に矢印Ｃ方向に延在して形成される複数の冷却媒体流路溝７０ａを有する。 As shown in FIG. 5, the cooling medium flow path 70 has a plurality of cooling mediums formed by extending in the direction of arrow C between the first and second convex portions 50 and 64 in contact with each other. It has a channel groove 70a.

図５及び図６に示すように、冷却媒体流路７０と冷却媒体供給連通孔３２ａとの連通領域には、蛇行凸状部５２ａ、６６ａが互いの位相を異にして（又は互いのピッチを異にして）積層されることによって、入口側冷却媒体連結部７２ａが設けられる。冷却媒体流路７０と冷却媒体排出連通孔３２ｂとの連通領域には、蛇行凸状部５２ｂ、６６ｂが互いの位相を異にして（又はピッチを異にして）積層されることによって、出口側冷却媒体連結部７２ｂが設けられる。 As shown in FIGS. 5 and 6, meandering convex portions 52a and 66a have different phases (or different pitches) in the communication region between the cooling medium flow path 70 and the cooling medium supply communication hole 32a. By laminating, the inlet side cooling medium coupling part 72a is provided. In the communication region between the cooling medium flow path 70 and the cooling medium discharge communication hole 32b, meandering convex portions 52b and 66b are stacked with different phases (or different pitches), thereby allowing the outlet side. A cooling medium connecting portion 72b is provided.

図２に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、同様にこの第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形される。 As shown in FIG. 2, the first seal member 74 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the first metal separator 24 around the outer peripheral edge of the first metal separator 24. Similarly, on the surfaces 26a and 26b of the second metal separator 26, a second seal member 76 is integrally formed around the outer peripheral edge of the second metal separator 26.

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

燃料電池１０内には、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、及び純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第２金属セパレータ２６の入口側酸化剤ガス連結部５８ａに酸化剤ガスが導入される。この酸化剤ガスは、入口側酸化剤ガス連結部５８ａに連通する酸化剤ガス流路５６に供給され、各酸化剤ガス流路溝５６ａを流れることにより、電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極４０に沿って鉛直下方向に移動する。 The fuel cell 10 is supplied with an oxidant gas that is an oxygen-containing gas such as air, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas, and a cooling medium such as pure water or ethylene glycol. For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas supply communication hole 30a into the inlet side oxidant gas connection portion 58a of the second metal separator 26. The oxidant gas is supplied to an oxidant gas flow path 56 communicating with the inlet side oxidant gas connection portion 58a, and flows through each oxidant gas flow path groove 56a, thereby constituting the electrolyte membrane / electrode structure 22. It moves vertically downward along the cathode side electrode 40.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第１金属セパレータ２４の入口側燃料ガス連結部４４ａに導入される。図３に示すように、燃料ガスは、入口側燃料ガス連結部４４ａに連通する燃料ガス流路４２に供給され、各燃料ガス流路溝４２ａを流れることにより、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３８に沿って鉛直下方向に移動する。 On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas supply communication hole 34a into the inlet-side fuel gas connection portion 44a of the first metal separator 24. As shown in FIG. 3, the fuel gas is supplied to the fuel gas passages 42 communicating with the inlet side fuel gas connection portion 44 a, and flows through each fuel gas passage groove 42 a, thereby causing the electrolyte membrane / electrode structure 22 to flow. It moves vertically downward along the anode side electrode 38 which comprises.

従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８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 22, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 40 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 38 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, thereby generating power. Is done.

カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口側酸化剤ガス連結部５８ｂから酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される（図２参照）。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、出口側燃料ガス連結部４４ｂから燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される（図３参照）。 The oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 30b from the outlet side oxidant gas connection part 58b (see FIG. 2). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 38 is discharged from the outlet side fuel gas connecting portion 44b in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 34b (see FIG. 3).

また、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間の入口側冷却媒体連結部７２ａに導入される（図５参照）。この冷却媒体は、入口側冷却媒体連結部７２ａに連通する冷却媒体流路５４に供給された後、鉛直下方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、出口側冷却媒体連結部７２ｂから冷却媒体排出連通孔３２ｂに排出される。 Further, the cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 32a is introduced into the inlet side cooling medium connecting portion 72a between the first and second metal separators 24 and 26 (see FIG. 5). The cooling medium is supplied to the cooling medium flow path 54 communicating with the inlet side cooling medium connecting portion 72a, and then flows vertically downward. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 22, the cooling medium is discharged from the outlet side cooling medium connecting portion 72 b to the cooling medium discharge communication hole 32 b.

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、燃料ガス流路４２は、入口側燃料ガス連結部４４ａ及び出口側燃料ガス連結部４４ｂを介して燃料ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂに直接連結されている。同様に、酸化剤ガス流路５６は、図２に示すように、入口側酸化剤ガス連結部５８ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂを介して酸化剤ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに直接連結されている。 In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the fuel gas flow path 42 is connected to the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel via the inlet side fuel gas connecting portion 44a and the outlet side fuel gas connecting portion 44b. It is directly connected to the gas discharge communication hole 34b. Similarly, as shown in FIG. 2, the oxidant gas flow channel 56 is connected to the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge via the inlet side oxidant gas connection part 58a and the outlet side oxidant gas connection part 58b. It is directly connected to the communication hole 30b.

このため、第１及び第２金属セパレータ２４、２６の面内には、バッファ部が設けられておらず、発電部分の面積効率を有効に向上させることができるとともに、液滴の滞留が阻止されて良好な排出性を得ることが可能になるという効果が得られる。 For this reason, no buffer portion is provided in the planes of the first and second metal separators 24, 26, so that the area efficiency of the power generation portion can be effectively improved and the retention of droplets is prevented. Thus, it is possible to obtain an excellent discharge property.

しかも、燃料ガス流路４２及び酸化剤ガス流路５６は、上下方向に延在しており、鉛直下方向に向かって流動している。従って、酸化剤ガス中に含まれる生成水や燃料ガス中に含まれる水滴（逆拡散水）を、発電領域から円滑且つ確実に排出させることができ、良好な発電が容易に遂行可能になる。 In addition, the fuel gas flow channel 42 and the oxidant gas flow channel 56 extend in the vertical direction and flow in the vertical downward direction. Therefore, the generated water contained in the oxidant gas and the water droplets (back diffusion water) contained in the fuel gas can be smoothly and reliably discharged from the power generation region, and good power generation can be easily performed.

さらに、図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとが重なり合う際に、蛇行溝部４６ａ、４６ｂに対応する蛇行凸状部５２ａ、５２ｂと、蛇行溝部６０ａ、６０ｂに対応する蛇行凸状部６６ａ、６６ｂとは、互いの位相を異にして積層されている。 Furthermore, as shown in FIGS. 5 and 6, when the surface 24b of the first metal separator 24 and the surface 26b of the second metal separator 26 overlap, the meandering convex portions 52a and 52b corresponding to the meandering groove portions 46a and 46b. The meandering convex portions 66a and 66b corresponding to the meandering groove portions 60a and 60b are laminated with their phases different from each other.

このため、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂと冷却媒体流路７０とは、入口側冷却媒体連結部７２ａ及び出口側冷却媒体連結部７２ｂを介して良好に連通している。これにより、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間で冷却媒体が滞留することを良好に阻止することが可能になり、冷却効率の向上が容易に図られる。 For this reason, the cooling medium supply communication hole 32a, the cooling medium discharge communication hole 32b, and the cooling medium flow path 70 are in good communication with each other via the inlet side cooling medium connecting part 72a and the outlet side cooling medium connecting part 72b. Thereby, it is possible to satisfactorily prevent the cooling medium from staying between the first and second metal separators 24 and 26, and the cooling efficiency can be easily improved.

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル８０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell 80 constituting a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the power generation cell 12 constituting the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

発電セル８０は、電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１及び第２金属セパレータ８２、８４を備える。第１金属セパレータ８２の電解質膜・電極構造体２２側の面８２ａには、燃料ガス流路８６が形成される。燃料ガス流路８６は、上下方向に延在する複数の燃料ガス流路溝８６ａを有するとともに、各燃料ガス流路溝８６ａは、上下両端で入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに連結される。 The power generation cell 80 includes first and second metal separators 82 and 84 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. A fuel gas channel 86 is formed on the surface 82 a of the first metal separator 82 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side. The fuel gas channel 86 has a plurality of fuel gas channel grooves 86a extending in the vertical direction, and each fuel gas channel groove 86a is connected to the inlet side fuel gas connecting portion 44a and the outlet side fuel gas at both upper and lower ends. It is connected to the portion 44b.

第１金属セパレータ８２の面８２ｂには、各燃料ガス流路溝８６ａを設けることにより、前記面８２ｂ側に突出する複数の長尺な第１凸状部８８が形成される。 By providing each fuel gas flow channel groove 86a on the surface 82b of the first metal separator 82, a plurality of long first convex portions 88 projecting toward the surface 82b are formed.

第２金属セパレータ８４の電解質膜・電極構造体２２側の面８４ａには、酸化剤ガス流路９０が形成される。酸化剤ガス流路９０は、上下方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝９０ａを有するとともに、各酸化剤ガス流路溝９０ａの上下両端は、入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに連結される。第２金属セパレータ８４の面８４ｂには、各酸化剤ガス流路溝９０ａを設けることによって、前記面８４ｂ側に突出する複数の長尺な第２凸状部９２が形成される。 An oxidant gas flow path 90 is formed on the surface 84a of the second metal separator 84 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side. The oxidant gas flow channel 90 has a plurality of oxidant gas flow channel grooves 90a extending in the vertical direction, and the upper and lower ends of each oxidant gas flow channel groove 90a are connected to the inlet side oxidant gas connecting portion 58a and the outlet. It connects with the side oxidant gas connection part 58b. On the surface 84b of the second metal separator 84, a plurality of long second convex portions 92 projecting toward the surface 84b are formed by providing each oxidizing gas flow channel groove 90a.

図８に示すように、第１及び第２金属セパレータ８２、８４が重なり合うことによって、これらの間には、冷却媒体流路９４が形成される。冷却媒体流路９４は、第１及び第２凸状部８８、９２が当接することによって矢印Ｃ方向に延在する複数の冷却媒体流路溝９４ａを有する。 As shown in FIG. 8, the first and second metal separators 82 and 84 overlap with each other, so that a cooling medium flow path 94 is formed between them. The cooling medium flow path 94 has a plurality of cooling medium flow path grooves 94a extending in the direction of arrow C when the first and second convex portions 88 and 92 are in contact with each other.

このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス流路８６と燃料ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂとの間、酸化剤ガス流路９０と酸化剤ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとの間に、バッファ部が設けられていない。このため、発電部分の面積効率を有効に向上させるとともに、液滴の滞留が阻止される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured as described above, the oxidant gas flow path 90 and the oxidant gas supply communication hole 30a are disposed between the fuel gas flow path 86 and the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel gas discharge communication hole 34b. And the buffer part is not provided between the oxidizing gas discharge communication holes 30b. For this reason, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as effectively improving the area efficiency of the power generation portion and preventing the retention of droplets.

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル１００の要部分解斜視図である。 FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell 100 constituting a fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

発電セル１００は、電解質膜・電極構造体１０２と前記電解質膜・電極構造体１０２を挟持する第１及び第２金属セパレータ１０４、１０６とを備える。第１及び第２金属セパレータ１０４、１０６は、横長の長方形状を有する金属製プレートで構成されている。 The power generation cell 100 includes an electrolyte membrane / electrode structure 102 and first and second metal separators 104 and 106 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 102. The first and second metal separators 104 and 106 are made of a metal plate having a horizontally long rectangular shape.

発電セル１００の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。発電セル１００の矢印Ｃ方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。 At one edge of the power generation cell 100 in the arrow B direction (horizontal direction), an oxidant gas supply communication hole 30a, a cooling medium supply communication hole 32a, and a fuel gas discharge communication hole 34b are arranged in the arrow C direction. A fuel gas supply communication hole 34a, a cooling medium discharge communication hole 32b, and an oxidant gas discharge communication hole 30b are arranged in the arrow C direction at the other end edge of the power generation cell 100 in the arrow C direction.

図１０に示すように、第１金属セパレータ１０４の電解質膜・電極構造体１０２側の面１０４ａには、燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する複数の燃料ガス流路溝４２ａを有するとともに、前記燃料ガス流路溝４２ａは、左右両端で３本ずつ入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに合流する。 As shown in FIG. 10, a fuel gas flow path 42 is formed on the surface 104 a of the first metal separator 104 on the electrolyte membrane / electrode structure 102 side. The fuel gas channel 42 has a plurality of fuel gas channel grooves 42a extending in the horizontal direction (arrow B direction), and the fuel gas channel grooves 42a are connected to the inlet side fuel gas three at each of the left and right ends. The portion 44a and the outlet side fuel gas connecting portion 44b join together.

面１０４ａ内では、燃料ガスの流れ方向に沿って、すなわち、燃料ガス供給連通孔３４ａに連通する入口側燃料ガス連結部４４ａ、燃料ガス流路溝４２ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂに連通する出口側燃料ガス連結部４４ｂに沿う燃料ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される。 In the surface 104a, the fuel gas flow direction, that is, the inlet-side fuel gas connecting portion 44a that communicates with the fuel gas supply communication hole 34a, the fuel gas passage groove 42a, and the outlet that communicates with the fuel gas discharge communication hole 34b. The fuel gas flow direction along the side fuel gas connecting portion 44b is set only in the horizontal direction or the downward direction.

図９に示すように、第２金属セパレータ１０６の電解質膜・電極構造体１０２側の面１０６ａには、酸化剤ガス流路５６が形成される。酸化剤ガス流路５６は、水平方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝５６ａを有するとともに、前記酸化剤ガス流路溝５６ａは、左右両端で３本ずつ入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに合流する。 As shown in FIG. 9, an oxidant gas flow path 56 is formed on the surface 106 a of the second metal separator 106 on the electrolyte membrane / electrode structure 102 side. The oxidant gas flow channel 56 has a plurality of oxidant gas flow channel grooves 56a extending in the horizontal direction, and the oxidant gas flow channel grooves 56a are provided at three inlet side oxidant gas connection portions at both the left and right ends. 58a merges with the outlet side oxidant gas connecting portion 58b.

面１０６ａ内では、入口側酸化剤ガス連結部５８ａ、酸化剤ガス流路溝５６ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂに沿う酸化剤ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される。 In the surface 106a, the oxidant gas flow direction along the inlet side oxidant gas connecting portion 58a, the oxidant gas flow channel groove 56a, and the outlet side oxidant gas connecting portion 58b is set only in the horizontal direction or the downward direction.

このように構成される第３の実施形態では、燃料ガス供給連通孔３４ａから入口側燃料ガス連結部４４ａに導入される燃料ガスは、この入口側燃料ガス連結部４４ａ、各燃料ガス流路溝４２ａ及び出口側燃料ガス連結部４４ｂを介して燃料ガス排出連通孔３４ｂに至るまで、燃料ガス流れ方向が水平方向乃至下方向にのみ設定されている。従って、燃料ガスが流れる発電面内には、水滴が滞留することはない。 In the third embodiment configured as described above, the fuel gas introduced from the fuel gas supply communication hole 34a to the inlet side fuel gas connecting portion 44a is supplied to the inlet side fuel gas connecting portion 44a, each fuel gas passage groove. The fuel gas flow direction is set only in the horizontal direction or the downward direction until it reaches the fuel gas discharge communication hole 34b via the 42a and the outlet side fuel gas connection portion 44b. Accordingly, water droplets do not stay in the power generation surface through which the fuel gas flows.

一方、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから入口側酸化剤ガス連結部５８ａに導入される酸化剤ガスは、この入口側酸化剤ガス連結部５８ａ、酸化剤ガス流路溝５６ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂを介して酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに排出されるまで、酸化剤ガス流れ方向が水平方向乃至下方向にのみ設定されている。このため、酸化剤ガスが流れる発電面内には、水滴が滞留することはない。 On the other hand, the oxidant gas introduced from the oxidant gas supply communication hole 30a into the inlet side oxidant gas connection part 58a is the inlet side oxidant gas connection part 58a, the oxidant gas flow channel 56a, and the outlet side oxidant gas. Until the oxidant gas discharge passage 30b is discharged through the connecting portion 58b, the oxidant gas flow direction is set only in the horizontal direction or the downward direction. For this reason, water droplets do not stay in the power generation surface through which the oxidizing gas flows.

これにより、第３の実施形態では、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分は、発電面内から円滑且つ確実に排出されるという効果が得られる。 Thereby, in 3rd Embodiment, the effect | action that the water | moisture content contained in fuel gas and oxidizing agent gas is discharged | emitted smoothly and reliably from the electric power generation surface is acquired.

さらに、燃料ガス流路４２を流れる燃料ガスと酸化剤ガス流路５６を流れる酸化剤ガスとは、矢印Ｂ方向に対して対向流に設定されている。従って、電解質膜・電極構造体１０２の発電面における反応分布を均一化することができるという利点がある。 Further, the fuel gas flowing through the fuel gas flow channel 42 and the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow channel 56 are set to face each other with respect to the arrow B direction. Therefore, there is an advantage that the reaction distribution on the power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 102 can be made uniform.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell. 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。It is a front view of the 1st metal separator which comprises the said electric power generation cell. 前記発電セルを構成する第２金属セパレータの正面図である。It is a front view of the 2nd metal separator which constitutes the power generation cell. 前記第１及び第２金属セパレータ間に形成される冷却媒体流路の説明図である。It is explanatory drawing of the coolant flow path formed between the said 1st and 2nd metal separator. 入口側冷却媒体連結部及び出口側冷却媒体連結部の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of an entrance side cooling medium connection part and an exit side cooling medium connection part. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the electric power generation cell which comprises the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池を構成する冷却媒体流路の説明図である。It is explanatory drawing of the cooling medium flow path which comprises the said fuel cell. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the electric power generation cell which comprises the fuel battery | cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。It is a front view of the 1st metal separator which comprises the said electric power generation cell.

Explanation of symbols

１０…燃料電池１２、８０、１００…発電セル
１４…積層体２２、１０２…電解質膜・電極構造体
２４、２６、８２、８４、１０４、１０６…金属セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３２ａ…冷却媒体供給連通孔３２ｂ…冷却媒体排出連通孔
３４ａ…燃料ガス供給連通孔３４ｂ…燃料ガス排出連通孔
３６…固体高分子電解質膜３８…アノード側電極
４０…カソード側電極４２、８６…燃料ガス流路
４２ａ、８６ａ…燃料ガス流路溝４４ａ、４４ｂ…燃料ガス連結部
４６ａ、４６ｂ、６０ａ、６０ｂ…蛇行溝部
４８ａ、４８ｂ、５４ａ、５４ｂ、６２ａ、６２ｂ、６８ａ、６８ｂ…屈曲溝部
５０、６４、８８、９２…凸状部
５２ａ、５２ｂ、６６ａ、６６ｂ…蛇行凸状部
５８ａ、５８ａ…酸化剤ガス連結部
５６、９０…酸化剤ガス流路５６ａ、９０ａ…酸化剤ガス流路溝
７０、９４…冷却媒体流路７０ａ、９４ａ…冷却媒体流路溝
７２ａ、７２ｂ…冷却媒体連結部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 12, 80, 100 ... Power generation cell 14 ... Laminated body 22, 102 ... Electrolyte membrane electrode assembly 24, 26, 82, 84, 104, 106 ... Metal separator 30a ... Oxidant gas supply communication hole 30b ... Oxidant gas discharge communication hole 32a ... cooling medium supply communication hole 32b ... cooling medium discharge communication hole 34a ... fuel gas supply communication hole 34b ... fuel gas discharge communication hole 36 ... solid polymer electrolyte membrane 38 ... anode side electrode 40 ... cathode side Electrodes 42, 86 ... Fuel gas passages 42a, 86a ... Fuel gas passage grooves 44a, 44b ... Fuel gas connection portions 46a, 46b, 60a, 60b ... Serpentine groove portions 48a, 48b, 54a, 54b, 62a, 62b, 68a, 68b ... bent groove portions 50, 64, 88, 92 ... convex portions 52a, 52b, 66a, 66b ... meandering convex portions 58a, 58a ... oxidant gas Binding portion 56,90 ... oxidizing gas channel 56a, 90a ... oxidant gas flow passage grooves 70,94 ... coolant flow 70a, 94a ... cooling medium flow passage grooves 72a, 72b ... coolant connecting portion

Claims

A fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and a metal separator having a vertically long rectangular shape are alternately stacked,
The metal separator is provided with a fuel gas flow path extending in the vertical direction on the surface facing the anode side electrode, and with an oxidant gas flow path extending in the vertical direction on the surface facing the cathode side electrode. ,
Between the metal separators overlapping each other in the stacking direction, a cooling medium flow path extending in the vertical direction is formed,
Fuel gas communication holes, oxidant gas communication holes, and cooling medium communication holes are formed in the upper and lower ends of the metal separator so as to penetrate in the stacking direction,
The fuel gas flow path, together with at least a part provided in the communicating area between one said fuel gas passage of the inlet side is bent to bend the inlet side fuel directly connected to the fuel gas passage of said one A gas connection portion , a plurality of fuel gas flow channel grooves branched from the inlet side fuel gas connection portion, and the other fuel gas communication hole on the outlet side where the plurality of fuel gas flow channel grooves merge. An outlet-side fuel gas coupling portion that is provided in the communication region and is at least partially bent or curved and directly connected to the other fuel gas communication hole ;
The oxidant gas flow path is provided in a communication region with one of the oxidant gas communication holes on the inlet side, and at least a part thereof is bent or curved and is directly connected to the one oxidant gas communication hole. An inlet-side oxidant gas connecting portion; a plurality of oxidant gas flow channel grooves branched from the inlet-side oxidant gas connection portion; and the other oxidant gas flow channel grooves merge together and serve as an outlet side. An outlet side oxidant gas coupling portion provided in a communication region with the oxidant gas communication hole and at least partially bent or curved, and directly connected to the other oxidant gas communication hole;
In the cooling medium flow path, a first convex portion projecting to the back surface side of the fuel gas flow channel groove and a second convex portion projecting to the back surface side of the oxidant gas flow channel groove are in contact with each other. Sometimes, having a plurality of cooling medium flow grooves formed between the adjacent first convex portions and the adjacent second convex portions,
Wherein a cooling medium flow path grooves, the communication area between the inlet side and become one said coolant opening of sites were bent or curved of the inlet-side fuel gas connection, and the inlet-side oxidant gas connection The inlet-side cooling medium coupling portion is provided by stacking the convex portions protruding to the opposite sides of the bent or curved portions with different phases or pitches from each other ,
In addition, in a communication region between the cooling medium flow channel and the other cooling medium communication hole on the outlet side, a bent or curved portion of the outlet side fuel gas connection portion and the outlet side oxidant gas connection portion are provided. each of the fuel cell convex portions projecting to the opposite side, characterized in Rukoto outlet coolant connecting portion is provided by being stacked with different from each other in phase or pitch of the bent or curved portion .