JP5227680B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設ける電解質・電極接合体が、セパレータに挟持されるとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス又は冷却媒体である流体を流す流体連通孔と、セパレータ面方向に沿って前記流体を流す流体流路とを有する燃料電池に関する。 The present invention provides an electrolyte / electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte, and are sandwiched between separators, and fluid communication holes that pass through at least a reaction gas or a cooling medium through the lamination direction, and separator surfaces The present invention relates to a fuel cell having a fluid flow path for flowing the fluid along a direction.
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配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位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 (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. A unit cell is provided. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路(流体流路)と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路(流体流路)とが設けられている。さらに、各発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路(流体流路)がセパレータの面方向に沿って設けられている。 In the fuel cell described above, a fuel gas flow path (fluid flow path) for flowing fuel gas to the anode side electrode and an oxidant gas flow path (flow path for flowing oxidant gas to the cathode side electrode) (in the plane of the separator) Fluid flow path). Further, a cooling medium flow path (fluid flow path) for flowing a cooling medium is provided along the surface direction of the separator for each power generation cell or for each of the plurality of power generation cells.
この種の燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する流体連通孔、具体的には、酸化剤ガス入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が、前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。 This type of fuel cell has a fluid communication hole penetrating in the stacking direction of the separator, specifically, an oxidant gas inlet communication hole, an oxidant gas outlet communication hole, a fuel gas inlet communication hole, a fuel gas outlet communication hole, a cooling In some cases, the medium inlet communication hole and the cooling medium outlet communication hole constitute a so-called internal manifold provided inside the fuel cell.
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、図22に示すように、本体部1及びスペーサ2を備えており、積層方向に貫通して第1貫通孔3a、3b、第2貫通孔4a、4b及び第3貫通孔5a、5bが上下に設けられている。第1貫通孔3a、3bは、案内空間6a、6bに連通するとともに、この案内空間6a、6bに突出してフィン状の案内部7a、7bが設けられている。
For example, the fuel cell disclosed in
案内空間6a、6bの間には、反応部(空間)8が矢印方向の流れ方向を有して形成されている。第1貫通孔3aから案内空間6aに導入された、例えば、水素ガスは、この案内空間6aに突出する案内部7aに案内されて反応部8に供給されている。そして、この反応部8で反応に供された水素ガスは、案内部7bの案内作用下に案内空間6bを移動して、第1貫通孔3bに排出されている。
Between the
上記の特許文献1では、第1貫通孔3a、3bと反応部8との間に、バッファ部としての案内空間6a、6bが設けられている。このため、案内空間6a、6bに案内部7a、7bが設けられていても、第1貫通孔3aから導入される水素ガスを、反応部8の幅方向全域に対して均一に供給することは困難である。従って、反応部8内の流量分布にばらつきが生じ易く、ガス分配が不均一になって発電反応の低下や、燃料利用率の低下等が惹起するという問題がある。さらに、バッファ部を廃止して複数本の流路溝を直接連通孔に接続する構造も考えられるが、複数本の流路溝に分配されるガスが不均一になるという問題がある。
In the above-mentioned
本発明はこの種の問題を解決するものであり、流体連通孔から流体流路を構成する複数の流路溝に、流体を均一且つ確実に供給することができ、流体分配の均一性を向上させるとともに、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and fluid can be uniformly and reliably supplied from a fluid communication hole to a plurality of channel grooves constituting a fluid channel, thereby improving the uniformity of fluid distribution. Another object of the present invention is to provide a fuel cell capable of ensuring desired power generation performance.
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設ける電解質・電極接合体が、セパレータに挟持されるとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス又は冷却媒体である流体を流す流体連通孔と、セパレータ面方向に沿って前記流体を流す流体流路とを有する燃料電池に関するものである。 The present invention provides an electrolyte / electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte, and are sandwiched between separators, and fluid communication holes that pass through at least a reaction gas or a cooling medium through the lamination direction, and separator surfaces The present invention relates to a fuel cell having a fluid flow path for flowing the fluid along a direction.
この燃料電池では、流体流路は、複数の流路溝を有し、流体連通孔と所定数の流路溝とは、複数の連結流路により直接連通している。そして、各連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、前記流体流れ方向に対して流路断面積が縮小され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる縮小部位と、前記流体流れ方向に対して流路断面積が拡張され、前記一定部位と前記縮小部位との間を連通して設けられる拡張部位とを備えている。 In this fuel cell, the fluid flow path has a plurality of flow path grooves, and the fluid communication holes and the predetermined number of flow path grooves are in direct communication with each other through the plurality of connection flow paths. Then, the connecting flow path, the flow path cross-sectional area is set to be constant with respect to the fluid flow direction, a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage, the flow path cross-sectional area to the fluid flow direction Is reduced, a reduced portion provided at a portion communicating with the predetermined number of the flow channel grooves, and a cross-sectional area of the flow channel is expanded with respect to the fluid flow direction, and the fixed portion and the reduced portion are communicated with each other. that provided Te and a extended portion.
さらに、この燃料電池では、流体流路は、複数の流路溝を有し、複数の流体連通孔と所定数の流路溝とは、連結流路により直接連通するとともに、前記連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、前記流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、前記流体流れ方向に対して流路断面積が拡張され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる拡張部位とを備えている。 Further, in this fuel cell, the fluid flow path has a plurality of flow path grooves, and the plurality of fluid communication holes and the predetermined number of flow path grooves communicate directly with each other through the connection flow path. , the flow path cross-sectional area is set to be constant with respect to the fluid flow direction, a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage, the flow path cross-sectional area is expanded to the fluid flow direction, a predetermined number and a extended portion that is provided at a portion of communication with the flow path groove.
また、この燃料電池では、流体流路は、複数の流路溝を有し、流体連通孔と所定数の前記流路溝とは、複数の連結流路により直接連通するとともに、前記連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、前記流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、前記流体流れ方向に対して流路断面積が縮小され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる縮小部位とを備えている。 In this fuel cell, the fluid channel has a plurality of channel grooves, and the fluid communication hole and the predetermined number of channel grooves communicate directly with each other through the plurality of connection channels, and the connection channel the flow path cross-sectional area is set to be constant with respect to the fluid flow direction, a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage, the flow path cross-sectional area to the fluid flow direction is reduced, a predetermined and a reduction portion that is provided at a portion communicating with the flow path groove number.
本発明によれば、流体連通孔から連結流路に導入された流体は、一定部位から拡張部位及び/又は縮小部位を介して流量や流れ方向が変化された後、流路溝に分配されている。このため、流体は、連結流路から所定数の流路溝に均一且つ良好に分配供給され、流体流路における流体分配の均一性が有効に向上するとともに、所望の発電性能、耐久性能及び燃料利用率を確保することが可能になる。 According to the present invention, the fluid introduced into the connection channel from the fluid communication hole is distributed to the channel groove after the flow rate and the flow direction are changed from a certain part through the expansion part and / or the reduction part. Yes. For this reason, the fluid is uniformly and satisfactorily distributed and supplied from the connection channel to the predetermined number of channel grooves, and the uniformity of the fluid distribution in the fluid channel is effectively improved, and the desired power generation performance, durability performance and fuel are provided. It becomes possible to secure the utilization rate.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10の分解斜視説明図であり、図2は、前記燃料電池10の断面説明図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
燃料電池10は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極接合体)14が、第1セパレータ16と第2セパレータ18とに挟持される。第1及び第2セパレータ16、18は、例えば、カーボンセパレータで構成されているが、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属セパレータにより構成してもよい。
In the
燃料電池10の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス(反応ガス)、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(流体連通孔)20a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔(流体連通孔)22a、及び燃料ガス(反応ガス)、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(流体連通孔)24bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
An oxidant gas (reactive gas), for example, an oxygen-containing gas is supplied to one edge of the
燃料電池10の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(流体連通孔)24a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔(流体連通孔)22b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(流体連通孔)20bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
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26と、前記固体高分子電解質膜26を挟持するカソード側電極28及びアノード側電極30とを備える。固体高分子電解質膜26は、カソード側電極28及びアノード側電極30よりも大きな表面積に設定される。
The electrolyte membrane /
カソード側電極28及びアノード側電極30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され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26の両面に形成される。
The
第1セパレータ16の電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス流路(流体流路)32が設けられる。酸化剤ガス流路32には、図3に示すように、矢印B方向に延在する複数の直線状の流路溝34を有する。酸化剤ガス入口連通孔20aと所定数の流路溝34とは、連結流路36により直接連通する。
An oxidant gas flow path (fluid flow path) 32 is provided on the
概略的に説明すると、例えば、16本の流路溝34の内、4本の前記流路溝34の端部が連結流路36に合流(連通)するとともに、酸化剤ガス入口連通孔20aに連通する4つの前記連結流路36が、矢印C方向に配列される。酸化剤ガス出口連通孔20bと所定数(例えば、4本)の流路溝34とは、同様に連結流路36により直接連通する。
Describing schematically, for example, of the 16
各連結流路36は、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)36aと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位(拡張部位)36bと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が縮小される第3部位(縮小部位)36cとを備える。
Each of the
具体的には、酸化剤ガス入口連通孔20a側の各連結流路36において、第1部位36aは、酸化剤ガス入口連通孔20aに直接連通する部位に設けられる一方、第3部位36cは、所定数(例えば、4本)の流路溝34に連通する部位に設けられるとともに、第2部位36bは、前記第1部位36aと前記第3部位36cとの間を滑らかに連通して設けられる。
Specifically, in each
酸化剤ガス出口連通孔20b側の各連結流路36は、同様に、前記酸化剤ガス出口連通孔20bに直接連通する第1部位36aと、所定数(例えば、4本)の流路溝34に連通する部位に設けられる第3部位36cと、前記第1部位36aと前記第3部位36cとを滑らかに連通して設けられる第2部位36bとを有する。
Similarly, each
図4に示すように、第2セパレータ18の電解質膜・電極構造体14に向かう面18aには、燃料ガス流路(流体流路)38が設けられる。燃料ガス流路38は、複数の流路溝40を有し、燃料ガス入口連通孔24aと所定数(例えば、4本)の流路溝40とは、連結流路42により直接連通する。同様に、燃料ガス出口連通孔24bと所定数(例えば、4本)の流路溝40とは、連結流路42により直接連通する。
As shown in FIG. 4, a fuel gas flow path (fluid flow path) 38 is provided on the
連結流路42は、燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位42aと、前記燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位42bと、前記燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が縮小される第3部位42cとを備える。
The
燃料ガス入口連通孔24a側の連結流路42では、第1部位42a、第2部位42b及び第3部位42cが、前記燃料ガス入口連通孔24aから所定数の流路溝40の入口側端部に向かって連続且つ円滑に連通している。燃料ガス出口連通孔24b側の連結流路42は、前記燃料ガス出口連通孔24bに連通する第1部位42aと、所定数の流路溝40に連通する第3部位42cと、前記第1部位42aと前記第3部位42cとを連続して円滑に連通する第2部位42bとを有する。
In the
図1及び図5に示すように、第2セパレータ18の面18bには、冷却媒体流路(流体流路)44が設けられる。冷却媒体流路44は、複数の流路溝46を有し、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bと所定数の流路溝46とは、連結流路48により直接連通する。
As shown in FIGS. 1 and 5, a cooling medium flow path (fluid flow path) 44 is provided on the
連結流路48は、冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位48aと、前記冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位48bと、前記冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が縮小される第3部位48cとを一体的に有する。
The
なお、第1セパレータ16の面16bは、平坦状であってもよく、あるいは、第2セパレータ18の面18bと同様に、冷却媒体流路44が形成されていてもよい。
The
図1及び図3に示すように、第1セパレータ16の面16a、16bの外周縁部には、ガスケット等の第1シール部材50が設けられる。この第1シール部材50は、面16a側で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32に連通する一方、面16b側で冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bを冷却媒体流路44に連通する。
As shown in FIG.1 and FIG.3, the
図1及び図4に示すように、第2セパレータ18の面18a、18bの外周縁部には、ガスケット等の第2シール部材52が設けられる。この第2シール部材52は、面18a側で燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bを燃料ガス流路38に連通する一方、面18b側で冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bを冷却媒体流路44に連通する。
As shown in FIGS. 1 and 4, a
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
先ず、図1に示すように、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とともに、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。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, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aから第1セパレータ16の連結流路36に導入される。酸化剤ガスは、連結流路36に沿って移動した後、前記連結流路36に連通する所定数の流路溝34に分配供給される。酸化剤ガスは、各流路溝34に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体14のカソード側電極28に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the
一方、燃料ガスは、図4に示すように、燃料ガス入口連通孔24aから第2セパレータ18の連結流路42に導入される。燃料ガスは、連結流路42に沿って移動した後、前記連結流路42に連通する所定数の流路溝40に分配供給される。燃料ガスは、各流路溝40に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体14のアノード側電極30に供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the fuel gas is introduced into the
従って、各電解質膜・電極構造体14では、カソード側電極28に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極30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 each electrolyte membrane /
各流路溝34に沿って流動する酸化剤ガスは、図3に示すように、連結流路36を介して酸化剤ガス出口連通孔20bに排出される。また、各流路溝40に沿って流動する燃料ガスは、図4に示すように、連結流路42から燃料ガス出口連通孔24bに排出される。
As shown in FIG. 3, the oxidant gas flowing along each
また、冷却媒体は、図5に示すように、冷却媒体入口連通孔22aから第1セパレータ16と第2セパレータ18との間に形成された連結流路48に導入される。冷却媒体は、連結流路48に沿って移動した後、前記連結流路48に連通する所定数の流路溝46に供給される。冷却媒体は、各流路溝46に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体14の発電面を冷却した後、連結流路48から冷却媒体出口連通孔22bに排出される。
Further, as shown in FIG. 5, the cooling medium is introduced from a cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aと所定数の流路溝34とが、連結流路36により直接連通している。この連結流路36は、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位36aと、前記流体流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位36bと、前記流体流れ方向に対して流路断面積が縮小される第3部位36cとを備え、これらが連続して設けられている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the oxidant gas
このため、連結流路36を流れる酸化剤ガスは、各所定数の流路溝34に分配される分配部である第3部位36cに至る前に、第2部位36bの拡張作用下に流体速度が低下する。流体速度が低下することによって動圧が小さくなり、第3部位36cの外側の流路(図7中、34c、34d)への流量が減少し、その分だけ内側の流路(図7中、34a、34b)への流量が増加する。
For this reason, the oxidant gas flowing through the
さらに、第3部位36cでは、流路幅が縮小されることによって酸化剤ガスの流れ方向が変化し、前記第3部位36cに連通する所定数の流路溝34に、前記酸化剤ガスを均一に分配することが可能になる。これにより、連結流路36から所定数の流路溝34に対し、酸化剤ガスを均一且つ良好に分配することができ、酸化剤ガス流路32全域における酸化剤ガス分配の均一性を向上させるとともに、所望の発電性能、耐久性能及び燃料利用率を確保することが可能になるという効果が得られる。
Further, in the
ここで、図6に示す通常の連結流路9を用いた場合と、図7に示す第1の実施形態に係る連結流路36を用いた場合とにおいて、各流路溝34a、34b、34c及び34dの分配流量を検出する流体シミュレーションの実験を行った。
Here, in the case where the normal
この結果、図8に示すように、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される従来の連結流路9では、外方に位置する流路溝34dの流量が著しく多くなる一方、最内方に位置する流路溝34aの流量が相当に少なくなり、流路溝34a、34d間に大きな流量差が発生していた。
As a result, as shown in FIG. 8, in the
これに対して、第1の実施形態に係る連結流路36を用いた場合には、各流路溝34a〜34dを流れるガス流量の流量差が大幅に減少された。従って、酸化剤ガス流路32全体に対し、酸化剤ガスを均一に供給することができるという結果が得られた。
On the other hand, when the
また、燃料ガス流路38及び冷却媒体流路44においても同様に、燃料ガス及び冷却媒体をセパレータ面全域にわたり、均一且つ確実に供給することが可能になる。これにより、燃料電池10の発電性の向上、配給性の向上及び燃料利用率の向上を図ることができる。なお、図7に示すように、流路溝34a〜34dの入口側端部位置を決定するリブ35a〜35cの先端位置を変更することにより、前記流路溝34a〜34dに分配される酸化剤ガス流量を調整することが可能になる。
Similarly, in the
図9は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池60の分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10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、以下に示す第3〜第6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. 9 is an exploded perspective view of a
燃料電池60は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極接合体)62を、第1セパレータ64及び第2セパレータ66により挟持して構成される。燃料電池60の矢印C方向一端縁部(上端縁部)には、酸化剤ガス入口連通孔20a、冷却媒体入口連通孔22a及び酸化剤ガス出口連通孔20bが矢印B方向に配列して設けられる。
The
燃料電池60の矢印C方向他端縁部(下端縁部)には、燃料ガス入口連通孔24a、冷却媒体出口連通孔22b及び燃料ガス出口連通孔24bが矢印B方向に配列して設けられる。
A fuel gas
図9及び図10に示すように、第1セパレータ64の面16aには、酸化剤ガス流路32を構成する複数の流路溝34が形成される。所定数の流路溝34の両端には、連結流路36を介し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が連通する。酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bは、同じ辺側に設けられる。
As shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of
図11に示すように、第2セパレータ66の面18aには、燃料ガス流路38が設けられる。燃料ガス流路38を構成する複数の流路溝40は、矢印B方向に互いに平行に延在するとともに、所定数の前記流路溝40の両端は、連結流路42を介して燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bに連通する。燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bは、同じ辺側に設けられる。
As shown in FIG. 11, the fuel
図9に示すように、第2セパレータ66の面18bには、冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、矢印C方向に延在する複数本の流路溝46を有する。所定数の流路溝46の矢印C方向両端は、連結流路48を介して冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bに連通する。
As shown in FIG. 9, the cooling
このように構成される第2の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔20aを流動する酸化剤ガスは、第1セパレータ64に形成されている連結流路36に沿って鉛直下方向に流動した後、所定数の流路溝34に分配されて水平方向(矢印B方向)に供給される。そして、流路溝34から連結流路36に導入された酸化剤ガスは、鉛直上方向に流動した後、酸化剤ガス出口連通孔20bに排出される。
In the second embodiment configured as described above, the oxidant gas flowing through the oxidant gas
従って、第2の実施形態では、連結流路36を設けるとともに、この連結流路36は、第1部位36a、第2部位36b及び第3部位36cを有しており、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Therefore, in the second embodiment, the
図12は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池70の分解斜視説明図である。
FIG. 12 is an exploded perspective view of a
燃料電池70は、電解質膜・電極構造体14を、第1セパレータ72及び第2セパレータ74により挟持して構成される。図12及び図13に示すように、第1セパレータ72の電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス流路32を構成する複数の流路溝34が形成される。所定数の流路溝34の両端には、連結流路76を介し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が連通する。
The
連結流路76は、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)76aと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位(拡張部位)76bとを備える。
The
酸化剤ガス入口連通孔20a側の各連結流路76において、第1部位76aは、前記酸化剤ガス入口連通孔20aに直接連通する部位に設けられる一方、第2部位76bは、所定数の流路溝34に連通する部位に設けられる。酸化剤ガス出口連通孔20b側の各連結流路76は、同様に、前記酸化剤ガス出口連通孔20bに直接連通する第1部位76aと、所定数の流路溝34に連通する部位に設けられる第2部位76bとを有する。
In each
図14に示すように、第2セパレータ74の面18aには、燃料ガス流路38を構成する複数の流路溝40が設けられる。所定数の流路溝40の両端には、連結流路78を介して燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bが連通する。
As shown in FIG. 14, the
連結流路78は、燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)78aと、前記燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位(拡張部位)78bとを備える。連結流路78は、上記の連結流路76と同様に構成される。
The
図15に示すように、第2セパレータ74の面18bには、冷却媒体流路44を構成する複数の流路溝46が設けられる。冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bと所定数の流路溝46とは、連結流路80により直接連通する。
As shown in FIG. 15, the
連結流路80は、冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)80aと、前記冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位(拡張部位)80bとを有する。
The
このように構成される第3の実施形態では、例えば、図13に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aから各連結流路76に導入された酸化剤ガスは、第1部位76aから流路断面積が拡張される第2部位76bに供給されている。これにより、酸化剤ガスは、流体速度が低下し、各所定数の流路溝34に均一且つ良好に分配される。従って、酸化剤ガス流路32全域における酸化剤ガス分配の均一性を向上させることが可能になる等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, for example, as shown in FIG. 13, the oxidant gas introduced from the oxidant gas
図16は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成する第1セパレータ84の正面説明図である。
FIG. 16 is an explanatory front view of the
第1セパレータ84の面16aには、酸化剤ガス流路32を構成する複数の流路溝34が形成される。所定数の流路溝34の両端には、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bに連通する連結流路86がそれぞれ所定数ずつ設けられる。
A plurality of
各連結流路86には、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)86aと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が拡張される第2部位(拡張部位)86bとを備える。なお、第4の実施形態では、図示していないが、燃料ガス流路及び冷却媒体流路においても、同様に構成される連結流路が設けられる。
Each
この第4の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔20aから各連結流路86に導入された酸化剤ガスは、第1部位86aから流路断面積が拡張される第2部位86bを介して所定数の流路溝34に分配されている。このため、酸化剤ガス流路32全域における酸化剤ガス分配の均一性を向上させることができる等、第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。
In the fourth embodiment, the oxidant gas introduced from the oxidant gas
図17は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池90の分解斜視説明図である。
FIG. 17 is an exploded perspective view of a
燃料電池90は、電解質膜・電極構造体14が第1セパレータ92と第2セパレータ94とに挟持される。図17及び図18に示すように、第1セパレータ92の面16aには、酸化剤ガス流路32を構成する複数の流路溝34が設けられる。所定数の流路溝34の両側には、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bに連通する連結流路96が設けられる。
In the
各連結流路96は、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)96aと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が縮小される第2部位(縮小部位)96bとを備える。酸化剤ガス入口連通孔20a側の各連結流路96において、第1部位96aは、前記酸化剤ガス入口連通孔20aに直接連通する部位に設けられる一方、第2部位96bは、所定数の流路溝34に連通する部位に設けられる。
Each
図19に示すように、第2セパレータ94の面18aには、燃料ガス流路38を構成する複数の流路溝40が設けられる。所定数の流路溝40の両側には、燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bに連通する連結流路98が設けられる。
As shown in FIG. 19, a plurality of
連結流路98は、燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)98aと、前記燃料ガス流れ方向に対して流路断面積が縮小される第2部位(縮小部位)98bとを備える。
The
図20に示すように、第2セパレータ94の面18bには、冷却媒体流路44を構成する複数の流路溝46が設けられる。所定数の流路溝46と冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bとは、連結流路100により直接連通する。
As shown in FIG. 20, the
各連結流路100は、冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)100aと、前記冷却媒体流れ方向に対して流路断面積が縮小される第2部位(縮小部位)100bとを有する。
Each of the
このように構成される第5の実施形態では、例えば、図18に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aから各連結流路96に導入された酸化剤ガスは、第1部位96aから流路断面積が縮小される第2部位96bに供給される。このため、酸化剤ガスの流れ方向が変化し、第2部位96bに連通する所定数の流路溝34に酸化剤ガスを均一に分配することが可能になり、上記の第1〜第4の実施形態と同様の効果が得られる。
In the fifth embodiment configured as described above, for example, as shown in FIG. 18, the oxidant gas introduced from the oxidant gas
図21は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池を構成する第1セパレータ110の正面説明図である。
FIG. 21 is an explanatory front view of the
第1セパレータ110の面16aには、酸化剤ガス流路32を構成する複数の流路溝34が設けられる。所定数の流路溝34と酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bとは、連結流路112を介して連通する。
A plurality of
各連結流路112は、酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が一定に設定される第1部位(一定部位)112aと、前記酸化剤ガス流れ方向に対して流路断面積が縮小される第2部位(縮小部位)112bとを備える。なお、図示していないが、燃料ガス流路及び冷却媒体流路においても、上記の連結流路112と同様に構成される連結流路が設けられる。
Each
この第6の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔20aから各連結流路112に導入された酸化剤ガスは、第1部位112aから流路断面積が縮小される第2部位112bに供給される際に、前記酸化剤ガスの流れ方向が変化する。このため、各連結流路112から所定数の流路溝34に対して、酸化剤ガスを均一且つ良好に分配することができ、上記の第1〜第5の実施形態と同様の効果が得られる。
In the sixth embodiment, the oxidant gas introduced into each
10、60、70、90…燃料電池 14、62…電解質膜・電極構造体
16、18、64、66、72、74、84、92、94、110…セパレータ
20a…酸化剤ガス入口連通孔
20b…酸化剤ガス出口連通孔 22a…冷却媒体入口連通孔
22b…冷却媒体出口連通孔 24a…燃料ガス入口連通孔
24b…燃料ガス出口連通孔 26…固体高分子電解質膜
28…カソード側電極 30…アノード側電極
32…酸化剤ガス流路 34、40、46…流路溝
36、42、48、76、78、80、86、96、98、100、112…連結流路
36a〜36c、42a〜42c、48a〜48c、76a、76b、78a、78b、80a、80b、86a、86b、96a、96b、98a、98b、100a、100b、112a、112b…部位
38…燃料ガス流路 44…冷却媒体流路
10, 60, 70, 90 ...
Claims (3)
前記流体流路は、複数の流路溝を有し、
前記流体連通孔と所定数の前記流路溝とは、複数の連結流路により直接連通するとともに、
各連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、前記流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、
前記流体流れ方向に対して流路断面積が縮小され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる縮小部位と、
前記流体流れ方向に対して流路断面積が拡張され、前記一定部位と前記縮小部位との間を連通して設けられる拡張部位と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of the electrolyte is sandwiched between separators, and has fluid communication holes that pass through at least a reaction gas or a cooling medium through the stacking direction, along the separator surface direction. A fuel cell having a fluid flow path for flowing the fluid,
The fluid channel has a plurality of channel grooves,
The fluid communication hole and the predetermined number of the flow channel grooves communicate directly with each other through a plurality of connection flow channels,
Each coupling passage, the flow passage cross-sectional area to the fluid flow direction is set to be constant, and a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage,
The flow path cross-sectional area is reduced with respect to the fluid flow direction, and a reduced part provided in a part communicating with a predetermined number of the flow path grooves;
It said fluid flow path cross-sectional area to the flow direction is extended, and the extended portion that is provided in communication between the reduced portion and the fixed portion,
Fuel cell comprising: a.
前記流体流路は、複数の流路溝を有し、
前記流体連通孔と所定数の前記流路溝とは、複数の連結流路により直接連通するとともに、
前記連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、前記流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、
前記流体流れ方向に対して流路断面積が拡張され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる拡張部位と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of the electrolyte is sandwiched between separators, and has fluid communication holes that pass through at least a reaction gas or a cooling medium through the stacking direction, along the separator surface direction. A fuel cell having a fluid flow path for flowing the fluid,
The fluid channel has a plurality of channel grooves,
The fluid communication hole and the predetermined number of the flow channel grooves communicate directly with each other through a plurality of connection flow channels,
The connecting passage, the flow passage cross-sectional area to the fluid flow direction is set to be constant, and a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage,
The flow path cross-sectional area is expanded to the fluid flow direction, and the extended portion that is provided at a portion communicating with the flow path grooves of a predetermined number,
A fuel cell comprising:
前記流体流路は、複数の流路溝を有し、
前記流体連通孔と所定数の前記流路溝とは、複数の連結流路により直接連通するとともに、
前記連結流路は、流体流れ方向に対して流路断面積が一定に設定され、前記流体連通孔に連通する部位に設けられる一定部位と、
前記流体流れ方向に対して流路断面積が縮小され、所定数の前記流路溝に連通する部位に設けられる縮小部位と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode assembly in which electrodes are provided on both sides of the electrolyte is sandwiched between separators, and has fluid communication holes that pass through at least a reaction gas or a cooling medium through the stacking direction, along the separator surface direction. A fuel cell having a fluid flow path for flowing the fluid,
The fluid channel has a plurality of channel grooves,
The fluid communication hole and the predetermined number of the flow channel grooves communicate directly with each other through a plurality of connection flow channels,
The connecting passage, the flow passage cross-sectional area to the fluid flow direction is set to be constant, and a constant region that is provided at a portion communicating with the fluid passage,
Wherein the reduced flow path cross-sectional area to the fluid flow direction, reducing the portion that is provided at a portion communicating with the flow path grooves of a predetermined number,
A fuel cell comprising:
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