JP5278393B2

JP5278393B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5278393B2
Application number: JP2010177417A
Authority: JP
Inventors: 圭諸星; 圭史岸田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP2010272541A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell causing no deterioration in cooling efficiency or reaction efficiency even if both surfaces of a separator having a blocking passage are used as a passage of a cooling medium or reaction gas. <P>SOLUTION: A fuel cell includes: a power generation cell having an electrolyte membrane; and a separator facing to the power generation cell. A gas passage is formed in a face on the power generation cell side of the separator, wherein a grooved passage having an inlet port blocked by one blocking member and a grooved passage having an outlet port blocked by other blocking member are alternately aligned in stripes in the gas passage. At least one of the blocking members has gas impermeability, and at least one of the blocking members has gas permeability. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電セル及びセパレータを備えた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell including a power generation cell and a separator.

燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率が実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。 A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. This fuel cell is environmentally superior and can realize high energy efficiency, and therefore has been widely developed as a future energy supply system.

この燃料電池には、固体高分子等からなる電解質膜の両側のそれぞれに、水素を含む燃料ガスを供給する流体通路を形成した電極プレートからなるセパレータと、酸素を含む酸化剤ガスを供給する流体通路を形成した電極プレートからなるセパレータとが設けられたものが知られている。 In this fuel cell, a separator comprising an electrode plate in which a fluid passage for supplying a fuel gas containing hydrogen is formed on both sides of an electrolyte membrane made of a solid polymer or the like, and a fluid for supplying an oxidant gas containing oxygen There is known one provided with a separator made of an electrode plate in which a passage is formed.

上記セパレータにおいてガス供給用流路とガス排出用流路とを分離して互いにかみ合うような櫛形形状にする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応がセパレータ反応帯域全体で効率よく行われる。 A technique is disclosed in which the gas supply flow path and the gas discharge flow path are separated into a comb shape so as to engage with each other in the separator (see, for example, Patent Document 1). According to this technique, the reaction between the fuel gas and the oxidant gas is efficiently performed in the entire separator reaction zone.

特開平１１−１６５９１号公報JP-A-11-16591

しかしながら、特許文献１に記載のセパレータにおいては、ガス供給流路およびガス排出流路と反対側の面の流体流れを妨げてしまうおそれがある。以下、この問題点を説明する。 However, in the separator described in Patent Document 1, there is a possibility that the fluid flow on the surface opposite to the gas supply channel and the gas discharge channel may be hindered. Hereinafter, this problem will be described.

図９は、櫛型の流路が形成された従来のセパレータ３０を説明する図である。図９（ａ）はセパレータ３０の平面図であり、図９（ｂ）および図９（ｃ）はセパレータ３０を燃料電池に適用した場合における燃料電池の断面図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional separator 30 in which comb-shaped channels are formed. FIG. 9A is a plan view of the separator 30, and FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views of the fuel cell when the separator 30 is applied to the fuel cell.

図９（ａ）に示すように、セパレータ３０の表面には櫛型の流路の一部であるガス供給流路３１およびガス排出流路３２が形成されている。ガス供給流路３１およびガス排出流路３２には反応ガスが流動する。ガス供給流路３１およびガス排出流路３２はプレス加工等により得られる溝状の流路からなる。プレス加工等によりガス供給流路３１およびガス排出流路３２を形成すれば、セパレータ３０の裏面にも溝部が形成される。 As shown in FIG. 9A, a gas supply channel 31 and a gas discharge channel 32 which are part of a comb-shaped channel are formed on the surface of the separator 30. The reaction gas flows through the gas supply channel 31 and the gas discharge channel 32. The gas supply channel 31 and the gas discharge channel 32 are grooved channels obtained by pressing or the like. If the gas supply channel 31 and the gas discharge channel 32 are formed by pressing or the like, a groove is also formed on the back surface of the separator 30.

図９（ｂ）に示すように、セパレータ３０をガス供給流路３１同士が背向するように２枚重ねればセパレータ３０の裏面の溝部を冷却媒体が流動する流路として用いることができる。しかしながら、図９（ｂ）に示すように、冷却媒体が対流する対流部３３が発生する。それにより、燃料電池の冷却効率が低下する。 As shown in FIG. 9B, if two separators 30 are stacked so that the gas supply flow paths 31 face each other, the groove on the back surface of the separator 30 can be used as a flow path for the cooling medium to flow. However, as shown in FIG. 9B, a convection portion 33 where the cooling medium convects is generated. Thereby, the cooling efficiency of the fuel cell is lowered.

また、図９（ｃ）に示すように、冷却媒体の対流部３３が形成されないようにガス供給流路３１およびガス排出流路３２を形成すれば、ガス供給流路３１およびガス排出流路３２の深さが異なる対流部３４が発生する。それにより、燃料電池の発電効率が低下する。 Further, as shown in FIG. 9 (c), by forming a gas supply channel 31 and the gas discharge passage 32 as the convection section 33 of the cooling medium is not formed, the gas supply passage 31 and the gas discharge channel 32 Convection portions 34 having different depths are generated. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell decreases.

以上のことから、櫛型の流路のような閉塞流路を有する従来のセパレータ３０の裏面を冷却媒体または反応ガスの流路として用いれば、冷却媒体または反応ガスが対流する対流部３３，３４が発生してしまう。その結果、冷却効率または反応効率が低下する。 From the above, if the back surface of the conventional separator 30 having a closed flow path such as a comb-shaped flow path is used as the flow path for the cooling medium or the reaction gas, the convection sections 33 and 34 where the cooling medium or the reaction gas convects. Will occur. As a result, cooling efficiency or reaction efficiency decreases.

本発明は、閉塞流路を有するセパレータの両面を冷却媒体または反応ガスの流路として利用しても冷却効率または反応効率が低下しない燃料電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell in which cooling efficiency or reaction efficiency does not decrease even when both surfaces of a separator having a closed flow path are used as a cooling medium or reaction gas flow path.

本発明に係る燃料電池は、電解質膜を有する発電セルと、発電セルに対向するセパレータとを備え、セパレータの発電セル側の面に、出口端に部材が配置された溝状の流路と、入口端と出口端との間に入口端および出口端と所定の間隔を空けて部材が配置された溝状の流路とが交互にストライプ状に並ぶガス流路が形成され、前記出口端に配置された部材および前記入口端と前記出口端との間に配置された部材のうち少なくとも１つは、ガス不透過性の閉塞部材であり、残りは、ガス透過性を有しかつガスの流動に対して抵抗を有する多孔質体であり、前記多孔質体は少なくとも１つ設けられていることを特徴とするものである。 A fuel cell according to the present invention includes a power generation cell having an electrolyte membrane, and a separator facing the power generation cell, and a groove-like flow path having a member disposed at an outlet end on a surface on the power generation cell side of the separator, Between the inlet end and the outlet end, there is formed a gas flow path in which the inlet end and the outlet end and a groove-like flow path in which members are arranged at a predetermined interval are alternately arranged in stripes, and the outlet end At least one of the disposed member and the member disposed between the inlet end and the outlet end is a gas-impermeable blocking member, and the remaining is gas-permeable and gas flow porous der having a resistance against is, the porous body in which characterized that you have provided at least one.

本発明によれば、発電セル全体にガスが供給される。その結果、発電セルの発電効率が向上する。また、閉塞部材は、ガス流路の任意の位置に設けることができる。また、閉塞部材の長さを調整すれば、ガスがガス流路を流動する量を調整することができるとともに、ガスの配流を調整することができる。さらに、セパレータを積層する際に、特別な積層技術は不要である。また、ストライプ状の流路を利用した表裏一体構造の流路を発電セルと反対側の面に形成しても、その流路を流動する流体の流れに影響を与えない。 According to the present invention, gas is supplied to the entire power generation cell. As a result, the power generation efficiency of the power generation cell is improved. Further, the closing member can be provided at any position of the gas flow path. Further, if the length of the closing member is adjusted, the amount of gas flowing through the gas flow path can be adjusted, and the gas distribution can be adjusted. Furthermore, no special lamination technique is required when laminating separators. Moreover, even if the flow path of the front and back integrated structure using the stripe-shaped flow path is formed on the surface opposite to the power generation cell, the flow of the fluid flowing through the flow path is not affected.

本発明に係る燃料電池の概略断面斜視図である。1 is a schematic cross-sectional perspective view of a fuel cell according to the present invention. セパレータの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of a separator. ガス流路を流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス圧力について説明する図である。It is a figure explaining the gas pressure of fuel gas or oxidant gas which flows through a gas channel. セパレータを燃料電池へ適用した場合における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell at the time of applying a separator to a fuel cell. 閉塞部材の他の例を説明する図である。It is a figure explaining the other example of a closure member. 一方のセパレータのガス流路に閉塞部材を設けた例を示す図である。It is a figure which shows the example which provided the obstruction | occlusion member in the gas flow path of one separator. 両方の閉塞部材を用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example using both obstruction | occlusion members. 閉塞部材の他の適用例を示す図である。It is a figure which shows the other example of application of a closure member. 従来のセパレータを説明する図である。It is a figure explaining the conventional separator.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、本発明に係る燃料電池１００の概略断面斜視図である。図１に示すように、燃料電池１００は、発電セル１０の両面のそれぞれにセパレータ１が設けられた単電池２０が複数積層された構造を有する。発電セル１０は、電解質膜６の両面のそれぞれに触媒層５およびガス拡散層４が順に積層された構造を有する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional perspective view of a fuel cell 100 according to the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 has a structure in which a plurality of unit cells 20 each provided with a separator 1 are stacked on both sides of a power generation cell 10. The power generation cell 10 has a structure in which the catalyst layer 5 and the gas diffusion layer 4 are sequentially laminated on both surfaces of the electrolyte membrane 6.

電解質膜６としては、例えば固体高分子電解質膜等が用いられる。この固体高分子電解質膜は、プロトン導電性を有する高分子等から構成される。触媒層５は、カーボン担持白金触媒等を用いることができる。ガス拡散層４は、ガス透過性及び導電性に優れたカーボンペーパー等を用いることができる。セパレータ１は、金属プレートからなる。 As the electrolyte membrane 6, for example, a solid polymer electrolyte membrane or the like is used. This solid polymer electrolyte membrane is composed of a polymer having proton conductivity. For the catalyst layer 5, a carbon-supported platinum catalyst or the like can be used. For the gas diffusion layer 4, carbon paper or the like excellent in gas permeability and conductivity can be used. The separator 1 is made of a metal plate.

一方のセパレータ１から供給される燃料ガス中の水素は、拡散効果によりガス拡散層４を透過し、触媒層５においてプロトン及び電子に分かれる。このプロトンは、電解質膜６を移動する。他方のセパレータ１から供給される酸化剤ガス中の酸素は、拡散効果によりガス拡散層４を透過し、触媒層５においてプロトンと反応して水が生成される。以上のプロセスにより、発電セル１０による発電が行われる。発電セル１０の発電により得られた電流は、セパレータ１により集電される。 Hydrogen in the fuel gas supplied from one separator 1 permeates the gas diffusion layer 4 due to the diffusion effect, and is separated into protons and electrons in the catalyst layer 5. This proton moves through the electrolyte membrane 6. Oxygen in the oxidant gas supplied from the other separator 1 permeates the gas diffusion layer 4 due to the diffusion effect, and reacts with protons in the catalyst layer 5 to generate water. Power generation by the power generation cell 10 is performed by the above process. The current obtained by the power generation of the power generation cell 10 is collected by the separator 1.

図２は、セパレータ１の詳細を説明する図である。図２（ａ）はセパレータ１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。図２（ａ）に示すように、セパレータ１のガス拡散層４側の面には、燃料ガスまたは酸化剤ガスが流動するガス流路２が形成されている。ガス流路２は、出口部が閉塞部材３により閉塞された溝状の流路２ａと入口部が閉塞部材３により閉塞された溝状の流路２ｂとが交互にストライプ状に並ぶ構造を有する。ガス流路２は、セパレータ１に対してプレス加工等を行うことにより形成することができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating details of the separator 1. 2A is a plan view of the separator 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line B- of FIG. It is B 'sectional view. As shown in FIG. 2A, a gas flow path 2 through which fuel gas or oxidant gas flows is formed on the surface of the separator 1 on the gas diffusion layer 4 side. The gas flow path 2 has a structure in which a groove-shaped flow path 2a whose outlet portion is closed by a closing member 3 and a groove-shaped flow path 2b whose inlet portion is closed by a closing member 3 are alternately arranged in a stripe shape. . The gas flow path 2 can be formed by pressing the separator 1 or the like.

閉塞部材３としては、ガス不透過性の閉塞部材を用いることができる。例えば、セラミックス、カーボン、金属等を用いることができ、繊維、樹脂、ゴム等の樹脂等も用いることができる。特に、ガス不透過性および導電性を有するカーボン、金属等の材料が好ましい。閉塞部材３は、溶接、圧着等により流路２ａ，２ｂに設けることができる。 As the closing member 3, a gas-impermeable closing member can be used. For example, ceramics, carbon, metal, and the like can be used, and resins such as fibers, resins, and rubbers can also be used. In particular, materials such as carbon and metal having gas impermeability and conductivity are preferable. The blocking member 3 can be provided in the flow paths 2a and 2b by welding, pressure bonding, or the like.

また、図２（ｂ）に示すように、流路２ｂの入口部を閉塞する閉塞部材３は、流路２ｂ全体を閉塞する。それにより、ガス流路２に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ｂには流入せずに流路２ａに流入する。同様に、図２（ｃ）に示すように、流路２ａの出口部を閉塞する閉塞部材３は、流路２ａ全体を閉塞する。それにより、ガス流路２ａを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスは、閉塞部材３を通過しない。 Further, as shown in FIG. 2B, the closing member 3 that closes the inlet portion of the flow path 2b closes the entire flow path 2b. Thereby, the fuel gas or oxidant gas supplied to the gas flow path 2 does not flow into the flow path 2b but flows into the flow path 2a. Similarly, as shown in FIG. 2C, the closing member 3 that closes the outlet of the flow path 2a closes the entire flow path 2a. Thereby, the fuel gas or oxidant gas flowing through the gas flow path 2 a does not pass through the closing member 3.

さらに、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、セパレータ１のガス拡散層４と反対側の面には、燃料電池１００を冷却する冷却媒体が流動する冷却媒体流路７が複数形成されている。冷却媒体としては、例えば冷却水を用いることができる。冷却媒体流路７は、セパレータ１のガス流路２と反対側の面の溝状の流路からなる。このように、セパレータ１の両面に形成された溝部を流路２及び冷却媒体流路７に用いることから、燃料電池１００を薄型化することができる。 Further, as shown in FIGS. 2B and 2C, a cooling medium flow path 7 through which a cooling medium for cooling the fuel cell 100 flows is provided on the surface of the separator 1 opposite to the gas diffusion layer 4. A plurality are formed. As the cooling medium, for example, cooling water can be used. The cooling medium flow path 7 is a groove-shaped flow path on the surface opposite to the gas flow path 2 of the separator 1. Thus, since the groove part formed in both surfaces of the separator 1 is used for the flow path 2 and the cooling medium flow path 7, the fuel cell 100 can be reduced in thickness.

図３は、ガス流路２を流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス圧力について説明する図である。図３（ａ）はガス流路２に供給されるガスの流動を説明する図であり、図３（ｂ）は流路位置とガス圧力との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the gas pressure of the fuel gas or oxidant gas flowing through the gas flow path 2. FIG. 3A is a view for explaining the flow of gas supplied to the gas flow path 2, and FIG. 3B is a view showing the relationship between the flow path position and the gas pressure.

流路２ａに供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ａを流動するにつれて図１の発電セル１０の発電に用いられる。それにより、図３（ｂ）に示すように、流路２ａに供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力は、ガスの流動にともない減少する。 The fuel gas or oxidant gas supplied to the flow path 2a is used for power generation of the power generation cell 10 of FIG. 1 as it flows through the flow path 2a. As a result, as shown in FIG. 3B, the pressure of the fuel gas or oxidant gas supplied to the flow path 2a decreases as the gas flows.

流路２ｂの入口部は閉塞部材３により閉塞されていることから、流路２ｂの入口から燃料ガスまたは酸化剤ガスは供給されない。しかしながら、流路２ａと流路２ｂとの間に圧力差が生じることから、流路２ａを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスは、ガス拡散層４を通過して流路２ｂに流入する。流路２ｂに供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ｂを流動するにつれて発電セル１０の発電に用いされる。それにより、図３（ｂ）に示すように、流路２ｂを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力は、ガスの流動方向に減少する。なお、燃料ガスまたは酸化剤ガスは、ガス拡散層４を通過する際にも発電セル１０の発電に用いられる。それにより、流路２ｂを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力は、流路２ａを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力に比較して低くなる。 Since the inlet portion of the flow path 2b is closed by the closing member 3, fuel gas or oxidant gas is not supplied from the inlet of the flow path 2b. However, since a pressure difference is generated between the flow path 2a and the flow path 2b, the fuel gas or oxidant gas flowing through the flow path 2a passes through the gas diffusion layer 4 and flows into the flow path 2b. The fuel gas or oxidant gas supplied to the flow path 2b is used for power generation of the power generation cell 10 as it flows through the flow path 2b. As a result, as shown in FIG. 3B, the pressure of the fuel gas or oxidant gas flowing in the flow path 2b decreases in the gas flow direction. The fuel gas or the oxidant gas is also used for power generation of the power generation cell 10 when passing through the gas diffusion layer 4. As a result, the pressure of the fuel gas or oxidant gas flowing through the flow path 2b is lower than the pressure of the fuel gas or oxidant gas flowing through the flow path 2a.

このように、閉塞部材３をガス流路２に設けることにより、ガス拡散層４全体に燃料ガスまたは酸化剤ガスが供給される。したがって、発電セル１０の発電効率が向上する。また、発電セル１０の発電効率は、セパレータ１の拡散層４と反対側の面の構造から影響を受けない。 As described above, by providing the closing member 3 in the gas flow path 2, the fuel gas or the oxidant gas is supplied to the entire gas diffusion layer 4. Therefore, the power generation efficiency of the power generation cell 10 is improved. Further, the power generation efficiency of the power generation cell 10 is not affected by the structure of the surface of the separator 1 opposite to the diffusion layer 4.

また、閉塞部材３は、ガス流路２をプレス加工等により形成した後に設けることから、流路２ａ，２ｂの任意の位置に設けることができる。さらに、閉塞部材３の長さを調整すれば、燃料ガスまたは酸化剤ガスがガス流路２を流動する量を調整することができるとともに、燃料ガスまたは酸化剤ガスの配流を調整することができる。また、セパレータ１を積層する際に、特別な積層技術は不要である。 Further, since the closing member 3 is provided after the gas flow path 2 is formed by press working or the like, it can be provided at any position of the flow paths 2a and 2b. Furthermore, if the length of the closing member 3 is adjusted, the amount of fuel gas or oxidant gas flowing through the gas flow path 2 can be adjusted, and the distribution of the fuel gas or oxidant gas can be adjusted. . In addition, when laminating the separator 1, no special laminating technique is required.

図４は、セパレータ１を燃料電池１００へ適用した場合における燃料電池１００の断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、冷却媒体流路７同士が対向するようにセパレータ１を積層した場合の燃料電池１００の断面図である。図４（ａ）に示すようにそれぞれのセパレータ１の流路２ａを背向させても、図４（ｂ）に示すようにそれぞれのセパレータ１の流路２ａと流路２ｂとを背向させても本発明の効果を得ることができる。また、図４（ｃ）に示すように、冷却媒体流路７をガス流路２として用いることもできる。この場合、それぞれの発電セル１０の間に設けるセパレータを積層させる必要がないので、燃料電池１００が薄型化される。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell 100 when the separator 1 is applied to the fuel cell 100. 4A and 4B are cross-sectional views of the fuel cell 100 when the separators 1 are stacked so that the coolant flow paths 7 face each other. Even if the flow path 2a of each separator 1 is turned backward as shown in FIG. 4 (a), the flow path 2a and the flow path 2b of each separator 1 are turned backward as shown in FIG. 4 (b). However, the effect of the present invention can be obtained. In addition, as shown in FIG. 4C, the cooling medium flow path 7 can also be used as the gas flow path 2. In this case, since it is not necessary to stack the separator provided between each power generation cell 10, the fuel cell 100 is reduced in thickness.

図５は、閉塞部材３の他の例である閉塞部材３ａを説明する図である。図５（ａ）はセパレータ１の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a closing member 3 a which is another example of the closing member 3. FIG. 5A is a plan view of the separator 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG.

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、閉塞部材３ａは、閉塞部材３と同様の位置に設けられる。閉塞部材３ａは、ガス透過性を有する多孔質体からなる。多孔質体としては、カーボン、セラミックス、金属メッシュ等を用いることができる。また、繊維、樹脂、ゴム等の樹脂等も用いることができる。特に、導電性を有するカーボン、金属メッシュ等が好ましい。ただし、酸化剤ガスを流動させる流路に金属メッシュを用いる場合には、金、白金等の耐酸化性金属を用いることが好ましい。閉塞部材３ａは、溶接、圧着等により流路２ａ，２ｂに設けることができる。なお、閉塞部材３ａが、特許請求の範囲に記載の閉塞部材に相当する。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the closing member 3 a is provided at the same position as the closing member 3. The closing member 3a is made of a porous body having gas permeability. As the porous body, carbon, ceramics, metal mesh, or the like can be used. Moreover, resin, such as a fiber, resin, rubber | gum, etc. can also be used. In particular, conductive carbon, metal mesh, and the like are preferable. However, when a metal mesh is used for the flow path for flowing the oxidant gas, it is preferable to use an oxidation resistant metal such as gold or platinum. The blocking member 3a can be provided in the flow paths 2a and 2b by welding, pressure bonding, or the like. The closing member 3a corresponds to the closing member described in the claims.

閉塞部材３と異なり、閉塞部材３ａはガス透過性を有する。それにより、ガス流路２に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ｂにも流入する。したがって、ガス流路２に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧損が低下する。また、流路２ａに供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、閉塞部材３ａを透過して排出される。それにより、流路２ａのフラッディングを抑制することができる。 Unlike the closing member 3, the closing member 3a has gas permeability. Thereby, the fuel gas or oxidant gas supplied to the gas flow path 2 also flows into the flow path 2b. Therefore, the pressure loss of the fuel gas or oxidant gas supplied to the gas flow path 2 is reduced. Further, the fuel gas or oxidant gas supplied to the flow path 2a passes through the closing member 3a and is discharged. Thereby, the flooding of the flow path 2a can be suppressed.

また、閉塞部材３ａは多孔質体であることから、燃料ガスまたは酸化剤ガスの流動に対して抵抗を有する。それにより、閉塞部材３を流路２ａ，２ｂに設けた場合と同様に、流路２ａと流路２ｂとの間に圧力差が生じる。したがって、図３で説明したように、ガス拡散層４の全体に燃料ガスまたは酸化剤ガスが供給される。その結果、発電セル１０の発電効率が向上する。また、ガス流路２に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ａ，２ｂの両方に供給される。それにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスの流動断面積が大きくなる。したがって、燃料ガスまたは酸化剤ガスの流動速度が小さくなる。その結果、発電セル１０の乾燥を抑制することができる。 Moreover, since the closing member 3a is a porous body, it has resistance to the flow of fuel gas or oxidant gas. Thereby, a pressure difference arises between the flow path 2a and the flow path 2b similarly to the case where the closing member 3 is provided in the flow paths 2a and 2b. Therefore, as described in FIG. 3, the fuel gas or the oxidant gas is supplied to the entire gas diffusion layer 4. As a result, the power generation efficiency of the power generation cell 10 is improved. Further, the fuel gas or oxidant gas supplied to the gas flow path 2 is supplied to both the flow paths 2a and 2b. Thereby, the flow cross-sectional area of the fuel gas or the oxidant gas is increased. Therefore, the flow rate of the fuel gas or oxidant gas is reduced. As a result, drying of the power generation cell 10 can be suppressed.

さらに、発電セル１０の発電効率は、セパレータ１の拡散層４と反対側の面の構造から影響を受けない。また、閉塞部材３ａは、ガス流路２をプレス加工等により形成した後に設けることから、流路２ａ，２ｂの任意の位置に設けることができる。さらに、閉塞部材３ａの長さまたはメッシュサイズ等を調整すれば、燃料ガスまたは酸化剤ガスがガス流路２を流動する量を調整することができるとともに、燃料ガスまたは酸化剤ガスの配流を調整することができる。また、セパレータ１を積層する際に、特別な積層技術は不要である。 Further, the power generation efficiency of the power generation cell 10 is not affected by the structure of the surface of the separator 1 opposite to the diffusion layer 4. Further, since the closing member 3a is provided after the gas flow path 2 is formed by press working or the like, it can be provided at any position of the flow paths 2a and 2b. Further, by adjusting the length or mesh size of the closing member 3a, the amount of fuel gas or oxidant gas flowing through the gas flow path 2 can be adjusted, and the distribution of the fuel gas or oxidant gas can be adjusted. can do. In addition, when laminating the separator 1, no special laminating technique is required.

図６は、一方のセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けた例を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）には、隣接するセパレータ１の一方のガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けた燃料電池１００が示されている。このように、隣接するセパレータ１の一方のガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けてもよい。特に、酸化剤ガスが供給されるセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けることが好ましい。この場合、拡散性の低い酸素が効率よく拡散層４に供給される。また、燃料ガスが供給されるセパレータ１のガス流路２には閉塞部材３，３ａを設ける必要がないことから、製造コストを低減させることができる。 FIG. 6 is a view showing an example in which the blocking members 3 and 3 a are provided in the gas flow path 2 of one separator 1. 6 (a) and 6 (b) show a fuel cell 100 in which closing members 3 and 3a are provided in one gas flow path 2 of an adjacent separator 1. FIG. As described above, the closing members 3 and 3 a may be provided in one gas flow path 2 of the adjacent separator 1. In particular, it is preferable to provide the blocking members 3 and 3a in the gas flow path 2 of the separator 1 to which the oxidant gas is supplied. In this case, oxygen having low diffusibility is efficiently supplied to the diffusion layer 4. Moreover, since it is not necessary to provide the blocking members 3 and 3a in the gas flow path 2 of the separator 1 to which the fuel gas is supplied, the manufacturing cost can be reduced.

また、図６（ｃ）および図６（ｄ）には、セパレータ１の両面にガス流路２を設けた場合において、いずれか一方のガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けた燃料電池１００が示されている。このように、セパレータ１の両面にガス流路２を設けた場合に、一方のガス流路の流路に閉塞部材３，３ａを設けてもよい。特に、図６（ａ）および図６（ｂ）の燃料電池１００と同様に、酸化剤ガスが供給されるガス流路２に閉塞部材３，３ａを設けることが好ましい。 6 (c) and 6 (d), in the case where the gas flow paths 2 are provided on both surfaces of the separator 1, a fuel cell in which the closing members 3 and 3a are provided in any one of the gas flow paths 2. 100 is shown. Thus, when the gas flow path 2 is provided on both surfaces of the separator 1, the blocking members 3 and 3a may be provided in the flow path of one gas flow path. In particular, like the fuel cell 100 in FIGS. 6A and 6B, it is preferable to provide the closing members 3 and 3a in the gas flow path 2 to which the oxidant gas is supplied.

図７は、閉塞部材３および閉塞部材３ａの両方を用いた例を示す図である。図７（ａ）には、一方のセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３が設けられ、他方のセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３ａが設けられた燃料電池１００が示されている。例えば、酸化剤ガスが供給されるセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３を設け、かつ、燃料ガスが供給されるセパレータ１のガス流路２に閉塞部材３ａを設けることにより、拡散層４に効率的に酸素が供給されるとともに発電セル１０により生成された水によるフラッディングを抑制することができる。 FIG. 7 is a diagram showing an example in which both the closing member 3 and the closing member 3a are used. FIG. 7A shows a fuel cell 100 in which a closing member 3 is provided in the gas flow path 2 of one separator 1 and a closing member 3 a is provided in the gas flow path 2 of the other separator 1. . For example, the diffusion layer 4 is provided by providing the closing member 3 in the gas flow path 2 of the separator 1 to which the oxidant gas is supplied and providing the closing member 3a in the gas flow path 2 of the separator 1 to which the fuel gas is supplied. In addition, oxygen can be supplied efficiently and flooding due to water generated by the power generation cell 10 can be suppressed.

また、図７（ｂ）には、セパレータ１の両面にガス流路２を設けた場合において、一方のガス流路２に閉塞部材３が設けられ、他方のガス流路２に閉塞部材３ａが設けられた燃料電池１００が示されている。例えば、酸化剤ガスが供給されるガス流路２に閉塞部材３を設け、かつ、燃料ガスが供給されるガス流路２に閉塞部材３ａを設けることにより、拡散層４に効率的に酸素が供給されるとともに発電セル１０により生成された水によるフラッディングを抑制することができる。なお、閉塞部材と閉塞部材３ａとの組合せは、図７（ａ）および図７（ｂ）に示したものに限らず、任意に選択することができる。 7B, in the case where the gas flow paths 2 are provided on both surfaces of the separator 1, the closing member 3 is provided in one gas flow path 2, and the closing member 3a is provided in the other gas flow path 2. A provided fuel cell 100 is shown. For example, by providing the closing member 3 in the gas flow path 2 to which the oxidant gas is supplied and providing the closing member 3a in the gas flow path 2 to which the fuel gas is supplied, oxygen is efficiently supplied to the diffusion layer 4. While being supplied, flooding due to water generated by the power generation cell 10 can be suppressed. The combination of the closing member and the closing member 3a is not limited to that shown in FIGS. 7A and 7B, and can be arbitrarily selected.

図８は、閉塞部材３，３ａの他の適用例を示す図である。図８（ａ）は流路２ｂに設ける閉塞部材３をガスの流動方向に移動させた場合を示す図であり、図８（ｂ）は一部の閉塞部材３ａの長さを変更した場合を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating another application example of the blocking members 3 and 3a. FIG. 8A is a diagram showing a case where the closing member 3 provided in the flow path 2b is moved in the gas flow direction, and FIG. 8B shows a case where the length of some of the closing members 3a is changed. FIG.

図８（ａ）に示すように、ガス流路２に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスは、流路２ａおよび２ｂの両方に供給される。それにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスが流動する流動断面積が大きくなる。したがって、流路２ａ，２ｂを流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスの流動速度が小さくなる。その結果、発電セル１０の乾燥が抑制される。なお、閉塞部材３の代わりに閉塞部材３ａを用いても同様の効果が得られる。また、閉塞部材３と閉塞部材３ａとを任意に組み合わせることもできる。 As shown in FIG. 8A, the fuel gas or oxidant gas supplied to the gas flow path 2 is supplied to both the flow paths 2a and 2b. Thereby, the flow cross-sectional area in which the fuel gas or the oxidant gas flows is increased. Therefore, the flow rate of the fuel gas or oxidant gas flowing through the flow paths 2a and 2b is reduced. As a result, drying of the power generation cell 10 is suppressed. The same effect can be obtained by using the closing member 3a instead of the closing member 3. Further, the closing member 3 and the closing member 3a can be arbitrarily combined.

また、図８（ｂ）に示すように、一部の閉塞部材３ａの長さは他の閉塞部材３ａの長さと異なっている。それにより、ガス流路２を流動する燃料ガスまたは酸化剤ガスの流量を調整することができる。例えば、燃料ガスまたは酸化剤ガスが到達しにくい流路２ａ，２ｂの閉塞部材３ａの長さを短くし、燃料ガスまたは酸化剤ガスが到達しやすい流路２ａ，２ｂの閉塞部材３ａの長さを長くすることにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスをガス流路２の全体に均一に供給することができる。なお、閉塞部材３ａの代わりに閉塞部材３を用いても同様の効果が得られる。また、閉塞部材３と閉塞部材３ａとを任意に組み合わせることもできる。 Moreover, as shown in FIG.8 (b), the length of some obstruction | occlusion members 3a differs from the length of the other obstruction | occlusion members 3a. Thereby, the flow volume of the fuel gas or oxidant gas which flows through the gas flow path 2 can be adjusted. For example, the length of the blocking member 3a of the flow paths 2a, 2b that are difficult for fuel gas or oxidant gas to reach is shortened, and the length of the blocking member 3a of the flow paths 2a, 2b that is easily reached by fuel gas or oxidant gas. By making the length longer, the fuel gas or the oxidant gas can be uniformly supplied to the entire gas flow path 2. The same effect can be obtained by using the closing member 3 instead of the closing member 3a. Further, the closing member 3 and the closing member 3a can be arbitrarily combined.

なお、本実施例においては、セパレータ３は金属プレートからなるが、導電性及びガス不透過性を有する導電性プレートであれば構わない。例えば、カーボンプレート等を用いることもできる。 In this embodiment, the separator 3 is made of a metal plate, but may be any conductive plate having conductivity and gas impermeability. For example, a carbon plate or the like can be used.

また、本実施例においては、セパレータ３，３ａを導電性プレートにプレス加工を施すことにより形成しているが、カーボンプレート等に切削加工を施すことにより形成しても構わない。 In this embodiment, the separators 3 and 3a are formed by pressing a conductive plate. However, the separators 3 and 3a may be formed by cutting a carbon plate or the like.

１セパレータ
２ガス流路
２ａ，２ｂ流路
３，３ａ閉塞部材
４ガス拡散層
５触媒層
６電解質膜
７冷却媒体流路
１０発電セル
２０単電池
１００燃料電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 2 Gas flow path 2a, 2b Flow path 3, 3a Closing member 4 Gas diffusion layer 5 Catalyst layer 6 Electrolyte membrane 7 Cooling medium flow path 10 Power generation cell 20 Single cell 100 Fuel cell

Claims

A power generation cell having an electrolyte membrane;
A separator facing the power generation cell,
On the surface of the separator on the power generation cell side, a groove-like flow path having a member disposed at the outlet end, and the member at a predetermined interval from the inlet end and the outlet end between the inlet end and the outlet end. Gas flow paths are alternately arranged in a stripe pattern with the groove-shaped flow paths in which are arranged,
At least one of the member disposed at the outlet end and the member disposed between the inlet end and the outlet end is a gas-impermeable blocking member, and the rest has gas permeability. and Ri porous body der having a resistance to the flow of gas, a fuel cell, wherein Rukoto the porous body provided at least one.

Of the members disposed at the outlet end and the members disposed between the inlet end and the outlet end, the length in the gas flow direction of at least one gas is the length of the other member in the gas flow direction. The fuel cell according to claim 1, which is different.