JP5292947B2 - Fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

この発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来、例えば、下記の特許文献1に開示されているように、ガス流路および冷媒流路を設けた種々の構造の燃料電池が知られている。燃料電池の面内にバランスよく反応ガスを行き渡らせることは、発電状態を良好に保ったり、部分的な反応ガスの欠乏を防いだりする上で、重要である。しかしながら、その一方で、発電中に燃料電池を良好な温度状態に保つことも、肝要である。このため、燃料電池内部におけるガス流路および冷媒流路は、ガス供給機能と冷却機能の両方を満たすように設計されるのが理想である。   Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1 below, fuel cells having various structures provided with a gas flow path and a refrigerant flow path are known. Spreading the reactant gas in a well-balanced manner in the plane of the fuel cell is important for maintaining a good power generation state and preventing partial depletion of the reactant gas. However, on the other hand, it is also important to keep the fuel cell in a favorable temperature state during power generation. For this reason, the gas flow path and the refrigerant flow path inside the fuel cell are ideally designed to satisfy both the gas supply function and the cooling function.

上記従来の技術では、多孔質体層を用いてガス流路が形成され、3枚のプレートが重ねられて1つのセパレータが構成されている。セパレータを構成するプレートのうち、中間のプレートの中央領域には、厚さ方向に突出するディンプルを多数設けた冷媒流動用のプレートが配置されている。上記従来の技術では、ディンプルの隙間を縫って冷媒を流すことにより、燃料電池面内で冷媒を効率よく分配している。   In the above conventional technique, a gas flow path is formed using a porous body layer, and three plates are stacked to constitute one separator. Among the plates constituting the separator, a refrigerant flow plate provided with a large number of dimples protruding in the thickness direction is disposed in the central region of the intermediate plate. In the above conventional technology, the refrigerant is efficiently distributed within the fuel cell surface by flowing the refrigerant by sewing the gaps in the dimples.

特開2006−318863号公報JP 2006-318863 A 特開2006−127770号公報JP 2006-127770 A

ところで、従来、セパレータの表面に溝を設けて、この溝をガス流路として用いるタイプの燃料電池が知られている。このタイプの燃料電池では、一般的に、セパレータにおける溝が設けられた面に、カーボンシート等のガス拡散シート、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)が順次重ねられる。   By the way, conventionally, a fuel cell of a type in which a groove is provided on the surface of the separator and this groove is used as a gas flow path is known. In this type of fuel cell, generally, a gas diffusion sheet such as a carbon sheet and a membrane electrode assembly (MEA) are sequentially stacked on the surface of the separator where the groove is provided.

上記のタイプの燃料電池において、セパレータにおけるガス拡散シート側と接しない面(つまり、ガス流路用の溝の形成面とは、反対側の面)に、冷媒を流すための冷媒流路を設けるものがある。具体的には、例えば、金属製の板をプレス成型により加工する等して表面と裏面で凹凸形状が反転関係にあるプレートを作成し、この凹凸プレートをセパレータとして用いる燃料電池がある。   In the fuel cell of the above-described type, a refrigerant flow path for flowing a refrigerant is provided on a surface of the separator that does not contact the gas diffusion sheet side (that is, a surface opposite to the formation surface of the gas flow channel groove). There is something. Specifically, for example, there is a fuel cell in which a metal plate is processed by press molding to create a plate having a concavo-convex shape on the front and back surfaces and this concavo-convex plate is used as a separator.

セパレータとして凹凸プレートを利用するタイプの燃料電池では、セパレータ面内のスペースを、ガス流路と冷媒流路が分け合うことになる。このとき、ガス供給機能および冷却機能がともに損なわれることがないように、ガス流路と冷媒流路が設けられることが望ましい。しかしながら、セパレータ面内の限りあるスペースに、両機能を共に満たすようにガス流路と冷媒流路とを配置することは容易ではない。   In a fuel cell of a type that uses a concavo-convex plate as a separator, a gas channel and a refrigerant channel share a space in the separator surface. At this time, it is desirable to provide the gas flow path and the refrigerant flow path so that both the gas supply function and the cooling function are not impaired. However, it is not easy to arrange the gas flow path and the refrigerant flow path so as to satisfy both functions in a limited space in the separator surface.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、セパレータ面内の限られたスペースにおいて、ガス流路と冷媒流路とを両立することができる燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell capable of achieving both a gas flow path and a refrigerant flow path in a limited space within a separator surface. Objective.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極触媒層が備えられた膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノードの面に重ねられた第1ガス拡散シートと、前記膜電極接合体のカソードの面に重ねられた第2ガス拡散シートと、
前記第1ガス拡散シートに重ねられ、該第1ガス拡散シート側を向く表面と該表面の反対側の裏面とを有し、該表面と該裏面の間で形状が反転している凹凸形状を有し、かつ、該表面側に凹である部分が反応ガスの流路として用いられる第1セパレータと、前記第1セパレータの前記裏面に重ねられた第2セパレータと、を備えた第1ガス供給部材と、
前記第2ガス拡散シートに重ねられ、該第2ガス拡散シートに接する多孔質体層を備えた第2ガス供給部材と、
を備え、
前記第1セパレータの前記凹凸形状が、前記表面側に凹でありかつ前記第1セパレータを平面視した場合のパターンが櫛状である第1凹部と、前記表面側に凹であり前記第1凹部とは離間して配置されかつ前記第1セパレータを平面視した場合のパターンが該第1凹部と噛み合う櫛状である第2凹部と、を含み、
前記第2セパレータが、前記第1セパレータの裏面側において前記第1、2凹部に対向した凸部に接することにより、該第1セパレータとの間に空間を形成し、
重ねられた状態の前記第1、2セパレータが、前記空間を外部に開放する第1開口と、該第1開口とは異なる位置で該空間を外部に開放する第2開口とを形成し、
前記第1凹部および前記第2凹部のそれぞれが、前記櫛状に分岐した複数の主分岐部と、前記主分岐部から更に分岐した複数の凹部である副分岐部と、を備え、
前記副分岐部の端部それぞれが、前記第1セパレータと前記膜電極接合体とが重なる領域内で終端していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell,
A membrane electrode assembly having electrode catalyst layers on both sides of the electrolyte membrane;
A first gas diffusion sheet overlaid on the anode surface of the membrane electrode assembly; a second gas diffusion sheet overlaid on the cathode surface of the membrane electrode assembly;
An uneven shape that is superimposed on the first gas diffusion sheet, has a surface facing the first gas diffusion sheet side, and a back surface opposite to the surface, and the shape is reversed between the surface and the back surface. A first gas supply comprising: a first separator having a concave portion on the surface side used as a reaction gas flow path; and a second separator stacked on the back surface of the first separator. Members,
A second gas supply member provided with a porous body layer that is stacked on the second gas diffusion sheet and is in contact with the second gas diffusion sheet;
With
The concave-convex shape of the first separator is concave on the surface side, and a pattern when the first separator is viewed in plan is a comb-shaped first concave portion, and the first concave portion is concave on the front surface side. And a second recess that is spaced apart and has a comb shape in which the pattern of the first separator in plan view meshes with the first recess,
The second separator is in contact with the convex portion facing the first and second concave portions on the back side of the first separator, thereby forming a space between the first separator and
The first and second separators in a stacked state form a first opening that opens the space to the outside, and a second opening that opens the space to the outside at a position different from the first opening ,
Each of the first concave portion and the second concave portion includes a plurality of main branch portions branched in the comb shape, and a sub branch portion that is a plurality of concave portions further branched from the main branch portion,
Each of the end portions of the sub-branching portion terminates in a region where the first separator and the membrane electrode assembly overlap each other.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記第1セパレータの前記凹凸形状が、前記燃料電池の発電領域内で前記第1、2凹部が噛み合う方向と交差する方向に該第1セパレータを切断した場合に、前記表面側に凸の部分の底面の幅が前記第1凹部または/および第2凹部の幅よりも大きくされた部分を含むものであることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
When the first separator is cut in a direction intersecting with the direction in which the first and second recesses mesh with each other in the power generation region of the fuel cell, the uneven shape of the first separator The bottom surface includes a portion whose width is larger than the width of the first recess and / or the second recess.

第1の発明によれば、第1凹部に反応ガスを流入させることにより、この反応ガスを、ガス拡散シート内を経由して、第2凹部内へと流すことができる。このようなガス流れを生じさせることによって、ガス拡散シートの平面方向に沿うガス供給を、良好に行うことができる。更に、第1の発明によれば、第1、2開口の間で冷媒を流すことにより、第1セパレータの裏面側に第1、2凹部の間を縫って形成された空間を冷媒流路として用いることができる。これにより、燃料電池の面内を冷却することができる。このように、第1の発明によれば、セパレータ面内の限られたスペースを、ガス供給機能と冷却性能とを両立するように有効活用することができる。
さらに第1の発明によれば、カソード側に多孔質体層によるガス流路を設け、アノード側に溝型ガス流路を設けるという構成である。ガス拡散性、排水性、および溝下の電極コンタクト面積について特徴の異なる溝型ガス流路と多孔質体層によるガス流路とを適切に使い分けて、燃料電池全体の性能向上を図ることができる。
According to 1st invention, by making reaction gas flow in into a 1st recessed part, this reactive gas can be flowed in a 2nd recessed part via the inside of a gas diffusion sheet. By generating such a gas flow, the gas supply along the plane direction of the gas diffusion sheet can be satisfactorily performed. Furthermore, according to the first invention, a space formed by sewing between the first and second recesses on the back surface side of the first separator by flowing the refrigerant between the first and second openings is used as the refrigerant flow path. Can be used. Thereby, the in-plane of the fuel cell can be cooled. Thus, according to 1st invention, the limited space in a separator surface can be utilized effectively so that a gas supply function and cooling performance may be made compatible.
Further, according to the first invention, the gas flow path is formed by the porous layer on the cathode side, and the groove type gas flow path is provided on the anode side. It is possible to improve the performance of the entire fuel cell by properly using the groove type gas flow path and the gas flow path by the porous body layer having different characteristics in terms of gas diffusibility, drainage, and electrode contact area under the groove. .

第2の発明によれば、表面側に凸の部分の底面の幅(以下、「山側幅」とも称す)が、表面側に凹の部分の幅(以下、「溝側幅」とも称す)よりも大きくされている。山側幅は、第1セパレータがガス拡散シートに接する領域の広さを決める寸法である。第2の発明によれば、山側幅を大きくして、第1セパレータとガス拡散シートとの接触領域を大きく取ることができる。第1の発明の効果によってガス拡散シートの平面方向に沿うガス供給が良好に行われるため、ガス供給の性能を損なうことなく第1セパレータとガス拡散シートとの接触領域を大きく取ることができる。さらに、第1セパレータは表裏で凹凸形状が反転しているので、山側幅は第1セパレータ裏面側の空間の大きさを決める寸法でもある。よって、接触領域の拡大に伴って、冷媒を流す空間を大きく取ることができる。   According to the second invention, the width of the bottom surface of the convex portion on the surface side (hereinafter also referred to as “peak side width”) is greater than the width of the concave portion on the surface side (hereinafter also referred to as “groove side width”). Has also been enlarged. The crest side width is a dimension that determines the width of a region where the first separator is in contact with the gas diffusion sheet. According to the second aspect of the invention, it is possible to increase the crest side width and increase the contact area between the first separator and the gas diffusion sheet. Since the gas supply along the plane direction of the gas diffusion sheet is satisfactorily performed by the effect of the first invention, a large contact area between the first separator and the gas diffusion sheet can be obtained without impairing the gas supply performance. Furthermore, since the first separator has an uneven shape on the front and back, the crest side width is also a dimension that determines the size of the space on the back side of the first separator. Therefore, a space through which the refrigerant flows can be increased as the contact area expands.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、実施の形態1の燃料電池2の構成を説明するための平面図である。燃料電池2は、図1の紙面を貫通する方向に、セパレータ20、セパレータ30、多孔質体層34、ガス拡散シート14、膜電極接合体(MEA)10、ガス拡散シート12、セパレータ20、セパレータ30の順に、各部材が積層されたものである。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a plan view for explaining the configuration of the fuel cell 2 of the first embodiment. The fuel cell 2 includes a separator 20, a separator 30, a porous body layer 34, a gas diffusion sheet 14, a membrane electrode assembly (MEA) 10, a gas diffusion sheet 12, a separator 20, and a separator in a direction penetrating the paper surface of FIG. 1. Each member is laminated in the order of 30.

本実施形態では、上記の積層構造を図1紙面貫通方向に繰り返し重ねて、燃料電池2を燃料電池スタックとして構成している。つまり、図1の紙面表面側には、更に、ガス拡散シート12、MEA10、ガス拡散シート14といったように、積層構造が繰り返し設けられている。また、図1では便宜上セパレータ20の表面を目視できるように図示しているが、実際には、積層方向の両端にはスタックエンドプレートなどが配置されている。なお、図1において点線で囲った領域Eは、セパレータ20に積層されたMEA10の面内で発電反応に用いられる領域を示している。以下、発電領域Eと称す。   In the present embodiment, the fuel cell 2 is configured as a fuel cell stack by repeatedly stacking the above laminated structure in the direction penetrating in FIG. That is, a laminated structure is repeatedly provided on the surface side of the paper in FIG. 1 such as the gas diffusion sheet 12, the MEA 10, and the gas diffusion sheet 14. Further, in FIG. 1, for convenience, the surface of the separator 20 is shown so as to be visible, but actually, stack end plates and the like are arranged at both ends in the stacking direction. In FIG. 1, a region E surrounded by a dotted line indicates a region used for a power generation reaction in the plane of the MEA 10 stacked on the separator 20. Hereinafter, it is referred to as a power generation region E.

MEA10は、プロトン伝導性の固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層が備えられたものである。ガス拡散シート12、14は、カーボンシートやカーボン不織布などからなる。ガス拡散シート12、14は、いわゆるガス拡散層として機能する。   The MEA 10 includes an electrode catalyst layer on both sides of a proton conductive solid polymer electrolyte membrane. The gas diffusion sheets 12 and 14 are made of a carbon sheet or a carbon non-woven fabric. The gas diffusion sheets 12 and 14 function as a so-called gas diffusion layer.

図1において目視できるセパレータ20は、その外形が矩形状であり、外周側には複数の貫通穴(貫通穴26、28、29)が設けられている。これらの貫通穴は、燃料電池スタック内に各種マニホールドを形成するために設けられている。セパレータ20は、1枚の金属板をプレス加工することによって形成され、表面と裏面との間で凹凸形状が反転している。   The separator 20 visible in FIG. 1 has a rectangular outer shape, and a plurality of through holes (through holes 26, 28, 29) are provided on the outer peripheral side. These through holes are provided in order to form various manifolds in the fuel cell stack. The separator 20 is formed by pressing one metal plate, and the uneven shape is inverted between the front surface and the back surface.

セパレータ20は、紙面左上の貫通穴26から伸びる凹部22aと、紙面右下の貫通穴26から伸びる凹部22bとを備えている。凹部22a、22bは、ともに、図1の紙面表側に開口している。図1に示すように、凹部22aは、貫通穴26に連通して紙面の横方向に延びる1本の凹部と、この1本の凹部から紙面下方に延びる複数の凹部とを有している。同様に、凹部22bは、貫通穴26に連通して紙面の横方向に延びる1本の凹部と、この1本の凹部から紙面上方に延びる複数の凹部とを有している。すなわち、燃料電池2では、セパレータ20を平面視した場合に、凹部22a、22bがそれぞれ櫛状のパターンになっており、かつ、これら2つの櫛状のパターンが、噛み合うように配置されている。   The separator 20 includes a recess 22a that extends from the through hole 26 at the upper left of the drawing and a recess 22b that extends from the through hole 26 at the lower right of the drawing. The recesses 22a and 22b are both open on the front side of the sheet of FIG. As shown in FIG. 1, the recess 22 a has one recess that communicates with the through hole 26 and extends in the lateral direction of the paper surface, and a plurality of recesses that extend downward from the single recess. Similarly, the concave portion 22b has one concave portion that communicates with the through hole 26 and extends in the horizontal direction of the paper surface, and a plurality of concave portions that extend upward from the single concave portion. That is, in the fuel cell 2, when the separator 20 is viewed in plan, the recesses 22a and 22b have a comb-like pattern, and these two comb-like patterns are arranged so as to mesh with each other.

前述したように、セパレータ20は、表面と裏面との間で凹凸形状が反転している。つまり、図1紙面裏面側からセパレータ20を目視した場合、凹部22a、22bの位置が出張っており、凸部24の位置が凹んでいる。つまり、図1紙面裏面側から見た場合には、セパレータ20には櫛状の凸部が設けられ、かつ、セパレータ20面内を蛇行する凹部が設けられている。   As described above, the separator 20 has the concavo-convex shape inverted between the front surface and the back surface. That is, when the separator 20 is viewed from the back side of FIG. 1, the positions of the recesses 22a and 22b are on a business trip, and the position of the projection 24 is recessed. That is, when viewed from the back side of FIG. 1, the separator 20 is provided with a comb-like convex portion and a concave portion that meanders in the surface of the separator 20.

前述したように、図1におけるセパレータ20の紙面裏面側には、セパレータ30がさらに重ねられている。セパレータ30は、一枚の平板であり、セパレータ20と同じ位置に貫通穴26、28および29を備えている。セパレータ30の材料は、セパレータ20と同じく金属とする。このように、実施の形態1では、セパレータ20、30がセパレータアッセンブリを構成し、燃料電池2のセパレータとして機能する。   As described above, the separator 30 is further stacked on the back side of the separator 20 in FIG. The separator 30 is a single flat plate and includes through holes 26, 28 and 29 at the same position as the separator 20. The material of the separator 30 is the same as that of the separator 20. Thus, in the first embodiment, the separators 20 and 30 constitute a separator assembly and function as a separator for the fuel cell 2.

既述したように、図1紙面裏面側から見た場合には、セパレータ20面内を蛇行する凹部が設けられている。セパレータ20とセパレータ30とが重なることにより、セパレータ20裏面側の凹部に蓋がされる。その結果、セパレータ20、30の間に、セパレータ20面内を蛇行する空間が形成される。図1に、この空間が延びる方向を、蛇行する矢印で示している。なお、図1では図示を省略しているが、実際には、セパレータ20、30の間に適宜にシーリング部材が配置され、2つの貫通穴29がこの空間と接続させられる。その結果、図1に示した蛇行する矢印のように、紙面左側の貫通穴29から紙面右側の貫通穴29へと、連続した流路が形成される。燃料電池2では、この空間が、冷却液を流すための流路として用いられる。以下の説明では、当該空間を、「冷媒流路」とも称す。   As described above, when viewed from the back side of FIG. 1, a recess that meanders in the surface of the separator 20 is provided. When the separator 20 and the separator 30 overlap with each other, the concave portion on the back surface side of the separator 20 is covered. As a result, a space that snakes in the surface of the separator 20 is formed between the separators 20 and 30. In FIG. 1, the direction in which this space extends is shown by meandering arrows. Although not shown in FIG. 1, actually, a sealing member is appropriately disposed between the separators 20 and 30, and the two through holes 29 are connected to this space. As a result, a continuous flow path is formed from the through hole 29 on the left side of the drawing to the through hole 29 on the right side of the drawing, as indicated by the meandering arrow shown in FIG. In the fuel cell 2, this space is used as a flow path for flowing the coolant. In the following description, the space is also referred to as “refrigerant flow path”.

図2は、図1のA−A矢印線に従って燃料電池2を切断した場合の、燃料電池2の断面図である。図2における紙面の上方から下方に向かって、前述したように、セパレータ20、セパレータ30、多孔質体層34、ガス拡散シート14、MEA10、ガス拡散シート12、セパレータ20、セパレータ30の順に各部材が積層されている。図3は、図2の断面図に示した個々の部材を分解したものである。図3に示すように、実施の形態1では、凸部24の幅Wが、凹部22a、22bの幅Wよりも大きくされている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell 2 when the fuel cell 2 is cut along the AA arrow line of FIG. As described above, the members in the order of the separator 20, the separator 30, the porous body layer 34, the gas diffusion sheet 14, the MEA 10, the gas diffusion sheet 12, the separator 20, and the separator 30 from the top to the bottom of the paper surface in FIG. 2. Are stacked. FIG. 3 is an exploded view of the individual members shown in the cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 3, in the first embodiment, the width W 1 of the convex portion 24, concave portion 22a, is larger than the width W 2 of 22b.

なお、燃料電池2は、アノード側のガス流路構造が、セパレータ20、30を含む所謂溝型ガス流路構造であるのに対し、カソード側のガス流路構造が、多孔質体層34を用いたタイプのガス流路構造になっている。つまり、アノードとカソードとで、異なるガス流路構造を用いている。図1には特に図示していないが、実際には、適宜にシーリング部材が配置されることにより、多孔質体層34が2つの貫通穴28とそれぞれ接続させられる。具体的には、例えば、多孔質体層34の外周を囲うようにシール枠が配置される。多孔質体層を用いてガス流路を形成する技術そのものは、既に公知の技術となっているので、ここではこれ以上の説明は省略する。   The fuel cell 2 has a so-called groove-type gas flow path structure including the separators 20 and 30 in the anode side gas flow path structure, whereas the cathode side gas flow path structure includes the porous body layer 34. It is the type of gas flow path structure used. That is, different gas flow path structures are used for the anode and the cathode. Although not particularly shown in FIG. 1, the porous body layer 34 is actually connected to each of the two through holes 28 by appropriately arranging a sealing member. Specifically, for example, a seal frame is disposed so as to surround the outer periphery of the porous body layer 34. Since the technology itself for forming the gas flow path using the porous body layer is already a known technology, further explanation is omitted here.

[実施の形態1の動作および効果]
燃料電池2が発電を行う際には、図1紙面左上の貫通穴26により形成されるマニホールドを介して、凹部22aに、高圧の水素ガスが供給される。一方、凹部22bは、図1紙面右下の貫通穴26により形成されるマニホールドを介して、燃料電池システムのアノードガス排気系に接続される。また、貫通穴29により形成されるマニホールドが、冷却液を流通させるための冷却系に接続される。その結果、前述した冷媒流路が、冷却系と接続する。
[Operations and effects of the first embodiment]
When the fuel cell 2 generates power, high-pressure hydrogen gas is supplied to the recess 22a through a manifold formed by the through hole 26 at the upper left of FIG. On the other hand, the recess 22b is connected to the anode gas exhaust system of the fuel cell system via a manifold formed by a through hole 26 at the lower right of FIG. Further, the manifold formed by the through hole 29 is connected to a cooling system for circulating the coolant. As a result, the above-described refrigerant flow path is connected to the cooling system.

凹部22aに供給された水素ガスは、セパレータ20の図1紙面表側に位置するガス拡散シート12を経由して、隣接する凹部22bへと流れ込む。図1に、このような水素ガスの流れを、多数の矢印で示している。また、図2にも、矢印で、凹部22aからガス拡散シート12を介して凹部22bへと向かう水素の流れが図示されている。このような流れの過程で、ガス拡散シート14から、MEA10のアノードの電極触媒層に、水素が供給される。   The hydrogen gas supplied to the recess 22a flows into the adjacent recess 22b via the gas diffusion sheet 12 positioned on the front side of the separator 20 in FIG. In FIG. 1, such a flow of hydrogen gas is indicated by a number of arrows. Also in FIG. 2, the flow of hydrogen from the recess 22 a to the recess 22 b through the gas diffusion sheet 12 is illustrated by arrows. In the course of such a flow, hydrogen is supplied from the gas diffusion sheet 14 to the electrode catalyst layer of the anode of the MEA 10.

燃料電池2と、従来の溝型ガス流路を備える燃料電池との比較説明により、実施の形態1の効果を述べる。ガス拡散シート12、14は、カーボン繊維により折り込まれたカーボンシートを用いている。一般的に、ガス拡散層として用いる部材は、カーボンシートやカーボン不織布などの部材が用いられることが多い。これらの部材に対して、凹部22aのような溝型ガス流路を備えたセパレータを取り付け、当該溝型ガス流路にガスを供給した場合、溝型ガス流路内でのガスの流れが支配的になる。仮に、凹部22aと22bとがセパレータ20面内で繋がっているとすると、2つの貫通穴26を凹部が連結してしまう。従来の溝型ガス流路では、このように、セパレータ面内に連続した凹部(溝)が設けられている。このような場合、多くの水素ガスが凹部を流れるのみとなり、ガス拡散層側への水素供給が円滑に行われない。この点、実施の形態1の燃料電池2では、図1や図2に矢印で示したように、凹部22a側から凹部22b側へと水素ガスが流れる過程で、ガス拡散シート12内に強制的に水素が流れる。このため、実施の形態1によれば、ガス拡散シート12を介したMEA10への水素供給を円滑に行うことができる。   The effects of the first embodiment will be described by comparing the fuel cell 2 with a conventional fuel cell having a groove type gas flow path. As the gas diffusion sheets 12 and 14, carbon sheets folded with carbon fibers are used. In general, the member used as the gas diffusion layer is often a member such as a carbon sheet or a carbon nonwoven fabric. When a separator having a groove-type gas flow path such as the recess 22a is attached to these members and gas is supplied to the groove-type gas flow path, the gas flow in the groove-type gas flow path is dominant. Become. If the recesses 22a and 22b are connected in the separator 20 surface, the recesses connect the two through holes 26. In the conventional groove-type gas flow path, continuous recesses (grooves) are provided in the separator surface as described above. In such a case, a large amount of hydrogen gas only flows through the recess, and hydrogen supply to the gas diffusion layer side is not smoothly performed. In this regard, in the fuel cell 2 of the first embodiment, as indicated by arrows in FIGS. 1 and 2, the hydrogen gas is forced into the gas diffusion sheet 12 in the process of flowing the hydrogen gas from the recess 22 a side to the recess 22 b side. Hydrogen flows through. For this reason, according to Embodiment 1, it is possible to smoothly supply hydrogen to the MEA 10 via the gas diffusion sheet 12.

また、燃料電池2の発電中に、冷媒流路を介して一方の貫通穴29から他方の貫通穴29へと冷却液を流すことができる。このように冷却液が流れることにより、燃料電池2の発電領域Eが冷却される。このように、実施の形態1の燃料電池2によれば、セパレータ20面内の限りあるスペースに、ガス供給機能と冷却機能を共に満たすようにガス流路と冷媒流路とを配置することができる。   Further, during the power generation of the fuel cell 2, the coolant can flow from one through hole 29 to the other through hole 29 through the refrigerant flow path. As the coolant flows in this manner, the power generation region E of the fuel cell 2 is cooled. As described above, according to the fuel cell 2 of the first embodiment, the gas flow path and the refrigerant flow path can be arranged in a limited space in the separator 20 surface so as to satisfy both the gas supply function and the cooling function. it can.

特に、燃料電池2では、冷却液が燃料電池2面内において図1紙面上を横切るように流れている。また、燃料電池2では、貫通穴26から凹部22aに流れ込んだ水素ガスが燃料電池2面内を図1紙面横方向に流れた後、この水素ガスはさらに紙面縦方向に向かって燃料電池2面内の中央側へと導入されている。このように、実施の形態1によれば、表裏の凹凸形状が反転関係にあるセパレータにおいて、燃料電池2面内で冷却液の流れと水素ガスの流れとを交差させるようなマニホールド配置が成立している。   In particular, in the fuel cell 2, the coolant flows across the plane of FIG. 1 in the surface of the fuel cell 2. Further, in the fuel cell 2, after the hydrogen gas that has flowed into the recess 22 a from the through hole 26 flows in the horizontal direction in FIG. 1 in the plane of FIG. It has been introduced to the center side. As described above, according to the first embodiment, in the separator in which the concave and convex shapes on the front and back sides are reversed, the manifold arrangement is established such that the flow of the coolant and the flow of the hydrogen gas intersect in the surface of the fuel cell 2. ing.

なお、実施の形態1によれば、燃料電池2が下記2つの効果をも奏する。
(i)燃料電池2内のアノードの排水性の向上
(ii)セパレータ20とガス拡散シート12とのコンタクト面積の確保(電気抵抗の低減、十分な面圧の確保)
以下、個々の効果を説明する。
According to the first embodiment, the fuel cell 2 also has the following two effects.
(I) Improvement of drainage performance of anode in fuel cell 2 (ii) Ensuring contact area between separator 20 and gas diffusion sheet 12 (reducing electrical resistance, ensuring sufficient surface pressure)
Hereinafter, individual effects will be described.

(i)燃料電池2内のアノードの排水性の向上
実施の形態1では、燃料電池2を発電させるためのシステムに、燃料電池2のアノードを良好な湿潤状態に置くためのアノード加湿機構が含まれているものとする。アノード加湿機構は、具体的には、水素ガスを高圧に貯留する水素タンクと、燃料電池2との間に介在し、水素ガスを加湿したり、水素ガスに対して水を噴霧したりする機構とすることができる。また、アノードを良好な湿潤状態におくために、MEA10を、バックリフュージョン(逆拡散)機能が高いタイプの電解質膜を用いて構成してもよい。なお、アノード加湿機構に関しては上記のもの以外にも種々の技術が公知となっており、これらの技術を利用することが可能である。このため、これ以上の説明は省略する。
(I) Improvement of drainage performance of anode in fuel cell 2 In the first embodiment, the system for generating power in the fuel cell 2 includes an anode humidification mechanism for placing the anode of the fuel cell 2 in a good wet state. It shall be assumed. Specifically, the anode humidification mechanism is interposed between a hydrogen tank that stores hydrogen gas at a high pressure and the fuel cell 2, and humidifies the hydrogen gas or sprays water on the hydrogen gas. It can be. Further, in order to keep the anode in a good wet state, the MEA 10 may be configured using an electrolyte membrane of a type having a high back-refusion (reverse diffusion) function. Various techniques other than those described above are known for the anode humidification mechanism, and these techniques can be used. For this reason, further explanation is omitted.

アノード内を良好な湿潤状態におくことは、燃料電池内部の発電反応を良好に進める上で重要である。しかしながら、その一方で、アノードに存在する水が過度に多くなると、発電が阻害され、却って発電状態が悪化してしまう。実施の形態1の燃料電池2では、前述したように、図1の多数の矢印の方向に、ガス拡散シート12内にガスの流れが生じる。このガス流れによって、ガス拡散シート12の面内で水分を押し流し、凹部22b内に排出することができる。その結果、燃料電池2内のアノードの排水性を、向上することができる。   Keeping the anode in a good wet state is important in favoring the power generation reaction inside the fuel cell. However, on the other hand, if the amount of water present in the anode is excessive, power generation is hindered, and the power generation state is worsened. In the fuel cell 2 according to the first embodiment, as described above, a gas flow is generated in the gas diffusion sheet 12 in the direction of many arrows in FIG. With this gas flow, moisture can be swept away in the plane of the gas diffusion sheet 12 and discharged into the recess 22b. As a result, the drainage performance of the anode in the fuel cell 2 can be improved.

(ii)セパレータ20とガス拡散シート12とのコンタクト面積の確保(電気抵抗の低減、十分な面圧の確保)
また、燃料電池2は、次の効果も奏する。図3に示したように、燃料電池2では、凸部24の幅Wが、凹部22a、22bの幅Wよりも大きくされている。このような構成によれば、凸部24がガス拡散シート12に接する領域(以下「接触領域」とも称す)が、凹部22a、22bがガス拡散シート12に対して開口する領域(以下、「開口領域」)に比して、大きくなる。
(Ii) Ensuring the contact area between the separator 20 and the gas diffusion sheet 12 (reducing electrical resistance, ensuring sufficient surface pressure)
The fuel cell 2 also has the following effects. As shown in FIG. 3, in the fuel cell 2, the width W 1 of the convex portion 24, the concave portion 22a, is larger than the width W 2 of 22b. According to such a configuration, a region where the convex portion 24 is in contact with the gas diffusion sheet 12 (hereinafter also referred to as “contact region”) is a region where the concave portions 22a and 22b are open to the gas diffusion sheet 12 (hereinafter referred to as “opening”). It becomes larger than the “region”).

開口領域の広さは、すなわち、凹部22a、22bにより得られる溝型ガス流路の広さに対応する。通常、溝型ガス流路を備えるタイプの燃料電池では、ガス拡散層側に十分に反応ガスを供給するために、この開口領域を広めに設定することが多い。つまり、反応ガス供給という観点からは、セパレータ20面内のスペースに、できる限り広めに開口領域を設けたい。   The width of the opening region corresponds to the width of the groove type gas channel obtained by the recesses 22a and 22b. In general, in a fuel cell of a type having a groove-type gas flow path, this opening region is often set wide in order to sufficiently supply a reaction gas to the gas diffusion layer side. That is, from the viewpoint of supply of the reaction gas, it is desired to provide an opening region as wide as possible in the space in the separator 20 surface.

一方、接触領域の広さは、セパレータ20がガス拡散シート12に接触する面積の大きさに対応する。既述したようにセパレータ20は金属製であり、燃料電池2において集電板としても機能する。接触領域が広ければ広いほど、セパレータ20とガス拡散シート12との接触抵抗を小さくでき、燃料電池2内部の電気抵抗を小さくすることができる。従って、燃料電池2の発電電力を効率よく取り出す観点からは、接触領域は広くしたい。また、既述したように、燃料電池2は、図2に示した積層構造が繰り返されて挟持されることにより構成された燃料電池スタックである。燃料電池スタックの両端部には、積層される個々の部材を挟持するように締結力が加えられる。ガス拡散シート12に対して面圧を加える観点からは、接触領域を広めに取りたい。また、仮に開口領域を広くすべく幅Wを小さめに設計したとすると、凸部24がガス拡散シート12を押し付けた際にこの押付けによりガス拡散シート12が大きく歪んでしまう。このガス拡散シート12の歪みを抑制するためには、接触領域を広めに取って面圧を分散させたい。 On the other hand, the width of the contact area corresponds to the size of the area where the separator 20 contacts the gas diffusion sheet 12. As described above, the separator 20 is made of metal and also functions as a current collector plate in the fuel cell 2. The wider the contact area, the smaller the contact resistance between the separator 20 and the gas diffusion sheet 12, and the smaller the electric resistance inside the fuel cell 2. Therefore, from the viewpoint of efficiently extracting the power generated by the fuel cell 2, the contact area is desired to be widened. As described above, the fuel cell 2 is a fuel cell stack configured by repeatedly sandwiching the stacked structure shown in FIG. A fastening force is applied to both ends of the fuel cell stack so as to sandwich the individual members to be stacked. From the viewpoint of applying a surface pressure to the gas diffusion sheet 12, it is desired to take a wider contact area. Also, if assuming that was smaller design of the width W 1 so as to widen the opening area, the convex portion 24 is distorted largely gas diffusion sheet 12 by the pressing when the pressing the gas diffusion sheet 12. In order to suppress the distortion of the gas diffusion sheet 12, it is desired to spread the contact pressure over a wide contact area.

以上述べたように、開口領域と接触領域は、ともに、セパレータ面内に広めにとることが好ましい。しかしながら、セパレータ面内のスペースには限りがある。   As described above, it is preferable that both the opening area and the contact area be wide in the separator surface. However, the space in the separator surface is limited.

そこで、実施の形態1では、ガス拡散シート12に対して凹部22a、22bを有するセパレータ20を重ね、その上で、接触領域を優先的に大きくすべく幅Wを大きめに取っている。前述したように、燃料電池2によれば、セパレータ20において、凹部22aに水素ガスを流入させることにより、この水素ガスを、ガス拡散シート12内を強制的に経由させて、凹部22b内へと流すことができる。このようなガス流れを生じさせることによって、ガス拡散シート12の平面方向に沿うガス供給を、良好に行うことができる。従って、燃料電池2によれば、開口領域をある程度少なめにしたとしても、ガス供給の機能は損なわれない。すなわち、燃料電池2では、ガス供給の機能が損なわれることなく、広い接触領域が確保されている。その結果、燃料電池2では、既述した接触抵抗の低減、面圧の付与、ガス拡散シート12の歪み低減といった効果が、ガス供給の機能が損なわれることなく実現されている。 Therefore, in the first embodiment, repeated separator 20 having a recess 22a, 22b with respect to the gas diffusion sheet 12, on its, taking the larger the width W 1 so as to increase the contact area with priority. As described above, according to the fuel cell 2, in the separator 20, by flowing hydrogen gas into the recess 22a, the hydrogen gas is forced to pass through the gas diffusion sheet 12 and into the recess 22b. It can flow. By generating such a gas flow, gas supply along the planar direction of the gas diffusion sheet 12 can be performed satisfactorily. Therefore, according to the fuel cell 2, even if the opening area is made somewhat small, the function of gas supply is not impaired. That is, in the fuel cell 2, a wide contact area is ensured without impairing the gas supply function. As a result, in the fuel cell 2, the effects of reducing the contact resistance, applying the surface pressure, and reducing the distortion of the gas diffusion sheet 12 described above are realized without impairing the gas supply function.

しかも、実施の形態1によれば、セパレータ20の凹凸形状がセパレータ20の表面と裏面で反転関係にあるので、幅Wを大きくすることに伴って、冷媒流路の空間も増加する。従って、燃料電池2によれば、セパレータ20面内の限りあるスペースにおいて、ガス供給機能、コンタクト面積および冷却性という様々な要素を両立させることができる。 Moreover, according to the first embodiment, since the uneven shape of the separator 20 is reversed between the front surface and the back surface of the separator 20, the space of the refrigerant flow path increases as the width W 1 is increased. Therefore, according to the fuel cell 2, various elements such as the gas supply function, the contact area, and the cooling performance can be achieved in a limited space within the separator 20 surface.

尚、上述した実施の形態1の燃料電池2では、MEA10が前記第1の発明における「膜電極接合体」に、ガス拡散シート12が前記第1の発明における「ガス拡散シート」に、それぞれ相当している。また、燃料電池2では、セパレータ20が前記第1の発明における「第1セパレータ」に、セパレータ20の図1紙面表側の面が、前記第1の発明における「表面」に、セパレータ20の図1紙面裏側の面が、前記第1の発明における「裏面」に、それぞれ相当している。また、燃料電池2では、セパレータ30が、前記第1の発明における「第2セパレータ」に相当している。また、燃料電池2では、凹部22aが、前記第1の発明における「第1凹部」に、凹部22bが、前記第1の発明における「第2凹部」に、それぞれ相当している。また、図1中に矢印を用いて示した、セパレータ20裏面側に形成されてセパレータ20面内を蛇行するように延びる空間が、前記第1の発明における「空間」に相当している。また、燃料電池2では、2つの貫通穴29のうち、一方の貫通穴29が前記第1の発明における「第1開口」に、他方の貫通穴29が前記第1の発明における「第2開口」に、それぞれ相当している。   In the fuel cell 2 of the first embodiment described above, the MEA 10 corresponds to the “membrane electrode assembly” in the first invention, and the gas diffusion sheet 12 corresponds to the “gas diffusion sheet” in the first invention. doing. Further, in the fuel cell 2, the separator 20 is the “first separator” in the first invention, the surface of the separator 20 on the front side in FIG. 1 is the “surface” in the first invention, and the separator 20 in FIG. The surface on the back side of the paper corresponds to the “back surface” in the first invention. In the fuel cell 2, the separator 30 corresponds to the “second separator” in the first invention. In the fuel cell 2, the recess 22a corresponds to the “first recess” in the first invention, and the recess 22b corresponds to the “second recess” in the first invention. Further, a space formed by using arrows in FIG. 1 and formed so as to meander in the surface of the separator 20 corresponds to the “space” in the first invention. In the fuel cell 2, of the two through holes 29, one through hole 29 is the “first opening” in the first invention, and the other through hole 29 is the “second opening” in the first invention. Respectively.

また、上述した実施の形態1では、凸部24の幅Wが、前記第2の発明における「前記表面側に凸の部分の底面の幅」に、凹部22a、22bの幅Wが、前記第2の発明における「前記第1凹部または/および第2凹部の幅」に、それぞれ相当している。 In the first embodiment described above, the width W 1 of the convex portion 24 is the “width of the bottom surface of the convex portion on the surface side” in the second invention, and the width W 2 of the concave portions 22 a and 22 b is This corresponds to “the width of the first recess and / or the second recess” in the second invention, respectively.

[実施の形態1の変形例]
(第1変形例)
実施の形態1では、アノード側とカソード側とで、燃料電池2のガス流路構造を異なるものにした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。アノード側とカソード側のそれぞれのガス流路構造を、ともにセパレータ20、30を用いた溝型ガス流路構造にしてもよい。
[Modification of Embodiment 1]
(First modification)
In the first embodiment, the gas flow path structure of the fuel cell 2 is different between the anode side and the cathode side. However, the present invention is not limited to this. The gas channel structures on the anode side and the cathode side may both be grooved gas channel structures using separators 20 and 30.

(第2変形例)
実施の形態1の燃料電池2は、アノード側にセパレータ20、30を、カソード側に多孔質体層34を、それぞれ備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。アノード側とカソード側とで、構造を逆にしても良い。
(Second modification)
The fuel cell 2 of Embodiment 1 includes separators 20 and 30 on the anode side and a porous body layer 34 on the cathode side. However, the present invention is not limited to this. The structure may be reversed between the anode side and the cathode side.

アノードに水素が、カソードに空気がそれぞれ供給されることにより、燃料電池2は発電する。ここで、水素ガスは、空気に比べて拡散性が高い。このため、セパレータ20、30の構造をアノードに配置することで、水素ガスの拡散性の高さを活用することができる。また、アノードに供給する水素ガスが高圧状態でタンクに貯留されているタイプの燃料電池システムでは、通常運転中に、凹部22a内の空間のほうが凹部22b内の空間よりも高圧状態に保たれる。仮に、セパレータ20、30の構造をカソードに配置した燃料電池を、空気供給系にエアコンプレッサを用いるシステムで発電させるとする。そうすると、このような場合には、ガス拡散シート12内のガス流れを円滑に生じさせる程度まで凹部22aを高圧にするために、エアコンプレッサの電力消費量が増大するおそれがある。このような観点からも、燃料電池2のようにアノードにセパレータ20を用いる構成はメリットがある。   The fuel cell 2 generates power by supplying hydrogen to the anode and air to the cathode. Here, hydrogen gas has higher diffusibility than air. For this reason, the high diffusibility of hydrogen gas can be utilized by arranging the structures of the separators 20 and 30 on the anode. Further, in a fuel cell system in which hydrogen gas supplied to the anode is stored in a tank in a high pressure state, the space in the recess 22a is kept at a higher pressure than the space in the recess 22b during normal operation. . Suppose that a fuel cell in which the structure of the separators 20 and 30 is arranged on the cathode is generated by a system using an air compressor for the air supply system. Then, in such a case, there is a possibility that the power consumption of the air compressor is increased in order to make the recess 22a high pressure to such an extent that the gas flow in the gas diffusion sheet 12 is smoothly generated. From this point of view, the configuration using the separator 20 for the anode as in the fuel cell 2 is advantageous.

一方、カソード側にセパレータ20、30を配置した場合にも、以下に述べるような利点がある。燃料電池の発電反応に伴って、カソードには水が生成する。前述したように、セパレータ20の構成がガス拡散シート12面内に生じさせるガス流れにより、排水性の向上という効果が得られる。このため、カソード側にセパレータ20、30を配置すれば、発電生成水を円滑に排出することができるようになる。また、特に、高負荷(言い換えれば、出力電流が大きめ)で発電を行うタイプの燃料電池では、生成水の量も多めになる。従って、カソード側で水の量が多くなりすぎないように、在る程度高い排水性が要求される。このような要求がある状況下では、カソード側にセパレータ20、30を配置することはメリットが高い。   On the other hand, when the separators 20 and 30 are arranged on the cathode side, there are advantages as described below. Along with the power generation reaction of the fuel cell, water is generated at the cathode. As described above, the effect of improving drainage is obtained by the gas flow generated in the surface of the gas diffusion sheet 12 by the configuration of the separator 20. For this reason, if separators 20 and 30 are arranged on the cathode side, the power generation generated water can be discharged smoothly. In particular, in a fuel cell that generates power at a high load (in other words, a large output current), the amount of generated water is also large. Accordingly, a certain level of drainage is required so that the amount of water does not become excessive on the cathode side. Under such a requirement, it is highly advantageous to arrange the separators 20 and 30 on the cathode side.

(第3変形例)
実施の形態1では、幅W>幅Wの関係が成立するように、セパレータ20の凹凸形状を設計した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。幅W≦幅Wとなるようにしてもよい。
(Third Modification)
In Embodiment 1, the uneven shape of the separator 20 is designed so that the relationship of width W 1 > width W 2 is established. However, the present invention is not limited to this. The width W 1 ≦ the width W 2 may be satisfied.

また、実施の形態1では、凹部22aと凹部22bをともに幅Wに設計したが、凹部22aと凹部22bは必ずしも同じ幅とされていなくともよい。すなわち、図2、3の切断面上において凹部22aの幅をW1aとし凹部22bの幅をW1bとした場合、W1aとW1bのうち、一方が幅Wよりも小さく、他方が幅Wよりも大きくされていてもよい。 In the first embodiment, has been designed recess 22a and the recess 22b together in the width W 2, the recess 22a and the recess 22b may not necessarily have the same width. That is, when the width of the recess 22a has a width W 1b of the concave portion 22b and W 1a on the cutting plane of FIG. 2 and 3, of the W 1a and W 1b, one is smaller than the width W 1, while the width W may be greater than 1.

また、凹部22a、22bは、一定の幅Wでセパレータ20面内に設けられているが、部分的に幅を変更してもよい。 The recess 22a, 22b is provided in the separator 20 plane with a constant width W 2, it may be changed partially wide.

(第4変形例)
実施の形態1では、凹部22a、22bを、それぞれ、図1に示すように、貫通穴26から伸びる1本の凹部と、この1本の凹部から分岐して延びる3本の凹部(以下、「分岐部」とも称す)とを備える櫛状のパターンとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。凹部22a、22bを、3本以上の、より多数の分岐部を備える櫛状パターンにしてもよい。また、逆に、分岐部の本数をより少なく(2本あるいは1本)してもよい。なお、分岐部の本数が1本である場合には、セパレータ20を平面視した場合の凹部22a、22bのパターンは、櫛状ではなく、鍵型になる。
(Fourth modification)
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, each of the recesses 22a and 22b includes one recess extending from the through hole 26 and three recesses extending from the one recess (hereinafter referred to as “ A comb-like pattern including a “branch portion”. However, the present invention is not limited to this. The recesses 22a and 22b may have a comb-like pattern including three or more branch portions. Conversely, the number of branch portions may be reduced (two or one). When the number of branch portions is one, the pattern of the concave portions 22a and 22b when the separator 20 is viewed in plan is not a comb shape but a key shape.

また、1つの分岐部から、更にいくつかの凹部(「副分岐部」とも称す)が分岐していてもよい。   Further, several concave portions (also referred to as “sub-branch portions”) may be branched from one branch portion.

また、実施の形態1では、凹部22a、22bの分岐部の本数を同じ本数にした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、凹部22a、22bの分岐部の本数を相違させてもよい。例えば、凹部22aは4本の分岐部を備えるパターンとし、凹部22bは3本の分岐部を備えるパターンとして、凹部22a、22bを噛み合わせても良い。   In the first embodiment, the number of branch portions of the recesses 22a and 22b is the same. However, the present invention is not limited to this, and the number of branch portions of the recesses 22a and 22b may be different. For example, the concave portion 22a may be a pattern including four branch portions, and the concave portion 22b may be a pattern including three branch portions, and the concave portions 22a and 22b may be engaged with each other.

また、実施の形態1では、セパレータ20を平面視した場合の凹部22a、22bのパターンを、セパレータ20面内において進路を直角に変更しながら延びるパターンとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。進路を、直角ではなく、鋭角あるいは鈍角に変更しながら延びるパターンでもよい。また、曲線を含むものであってもよい。   In the first embodiment, the pattern of the recesses 22a and 22b when the separator 20 is viewed in plan is a pattern extending while changing the course to a right angle within the surface of the separator 20. However, the present invention is not limited to this. It may be a pattern extending while changing the course to an acute angle or an obtuse angle instead of a right angle. Moreover, a curve may be included.

(第5変形例)
実施の形態1では、セパレータ30をフラットな1枚の板にした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。セパレータ20の凹部22a、22bの部分と接触してセパレータ20裏面側に蛇行する空間を形成するものであれば、必ずしも完全に平らな板でなくともよい。
(5th modification)
In the first embodiment, the separator 30 is a flat plate. However, the present invention is not limited to this. Any flat plate may be used as long as it forms a meandering space on the back side of the separator 20 in contact with the concave portions 22a and 22b of the separator 20.

なお、実施の形態1では、セパレータ20、30を金属製にしたが、本発明はこれに限られるものではない。適宜に導電性材料を用いてセパレータ20、30を作製すればよい。   In Embodiment 1, the separators 20 and 30 are made of metal, but the present invention is not limited to this. The separators 20 and 30 may be manufactured using a conductive material as appropriate.

なお、実施の形態1には、セパレータ面内におけるガス流路と冷媒流路の両立という第1の思想とは別に、アノード側とカソード側のガス流路構造を異ならしめるという第2の思想も含まれている。具体的には、実施の形態1では、アノード側とカソード側のうち、一方の側のガス流路構造を溝型ガス流路構造にし、他方の側のガス流路構造を多孔質体層を用いるガス流路構造にするという思想が含まれている。このような第2思想のみを個別に用いて、燃料電池を構成してもよい。   In the first embodiment, apart from the first idea that the gas flow path and the refrigerant flow path in the separator surface are compatible, there is also a second idea that the gas flow path structures on the anode side and the cathode side are different. include. Specifically, in Embodiment 1, the gas channel structure on one side of the anode side and the cathode side is a groove type gas channel structure, and the gas channel structure on the other side is the porous body layer. The idea of using a gas flow path structure to be used is included. Only such a second idea may be used individually to constitute a fuel cell.

上記の第2の思想は、例えば、
「電解質膜の両面に電極触媒層が備えられた膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の一方の面に重ねられた第1ガス拡散シートと、前記膜電極接合体の他方の面に重ねられた第2ガス拡散シートと、
前記第1ガス拡散シートに重ねられ、該ガス拡散シート側を向く面に凹部を備え、該凹部が該第1ガス拡散シートに接して該凹部が反応ガスの流路として用いられる第1ガス供給部材と、
前記第2ガス拡散シートに重ねられ、該第2ガス拡散シートに接する多孔質体層と、該多孔質体層に重ねられ該多孔質体層へのガス供給路を備えた第2ガス供給部材と、
を備える燃料電池」
として提供される。
The above second idea is, for example,
"Membrane electrode assembly with electrode catalyst layers on both sides of the electrolyte membrane,
A first gas diffusion sheet overlaid on one surface of the membrane electrode assembly; a second gas diffusion sheet overlaid on the other surface of the membrane electrode assembly;
A first gas supply that is superimposed on the first gas diffusion sheet and has a recess on a surface facing the gas diffusion sheet, the recess being in contact with the first gas diffusion sheet, and the recess being used as a reaction gas flow path. Members,
A second gas supply member that includes a porous body layer that overlaps the second gas diffusion sheet and contacts the second gas diffusion sheet, and a gas supply path that overlaps the porous body layer and supplies the porous body layer When,
Fuel cell with
Offered as.

本発明の実施の形態1の燃料電池の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the fuel cell of Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1の燃料電池を図1のA−A矢印線に従って切断した場合の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section at the time of cut | disconnecting the fuel cell of Embodiment 1 according to the AA arrow line of FIG. 図2に示した実施の形態1の燃料電池の積層構造を分解して示す図である。It is a figure which decomposes | disassembles and shows the laminated structure of the fuel cell of Embodiment 1 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃料電池
12 ガス拡散シート
14 ガス拡散シート
20、30 セパレータ
22a、22b 凹部
24 凸部
26、28、29 貫通穴
34 多孔質体層
2 Fuel Cell 12 Gas Diffusion Sheet 14 Gas Diffusion Sheet 20, 30 Separator 22a, 22b Concave 24 Convex 26, 28, 29 Through Hole 34 Porous Body Layer

Claims (2)

電解質膜の両面に電極触媒層が備えられた膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノードの面に重ねられた第1ガス拡散シートと、前記膜電極接合体のカソードの面に重ねられた第2ガス拡散シートと、
前記第1ガス拡散シートに重ねられ、該第1ガス拡散シート側を向く表面と該表面の反対側の裏面とを有し、該表面と該裏面の間で形状が反転している凹凸形状を有し、かつ、該表面側に凹である部分が反応ガスの流路として用いられる第1セパレータと、前記第1セパレータの前記裏面に重ねられた第2セパレータと、を備えた第1ガス供給部材と、
前記第2ガス拡散シートに重ねられ、該第2ガス拡散シートに接する多孔質体層を備えた第2ガス供給部材と、
を備え、
前記第1セパレータの前記凹凸形状が、前記表面側に凹でありかつ前記第1セパレータを平面視した場合のパターンが櫛状である第1凹部と、前記表面側に凹であり前記第1凹部とは離間して配置されかつ前記第1セパレータを平面視した場合のパターンが該第1凹部と噛み合う櫛状である第2凹部と、を含み、
前記第2セパレータが、前記第1セパレータの裏面側において前記第1、2凹部に対向した凸部に接することにより、該第1セパレータとの間に空間を形成し、
重ねられた状態の前記第1、2セパレータが、前記空間を外部に開放する第1開口と、該第1開口とは異なる位置で該空間を外部に開放する第2開口とを形成し、
前記第1凹部および前記第2凹部のそれぞれが、前記櫛状に分岐した複数の主分岐部と、前記主分岐部から更に分岐した複数の凹部である副分岐部と、を備え、
前記副分岐部の端部それぞれが、前記第1セパレータと前記膜電極接合体とが重なる領域内で終端していることを特徴とする燃料電池。
A membrane electrode assembly having electrode catalyst layers on both sides of the electrolyte membrane;
A first gas diffusion sheet overlaid on the anode surface of the membrane electrode assembly; a second gas diffusion sheet overlaid on the cathode surface of the membrane electrode assembly;
An uneven shape that is superimposed on the first gas diffusion sheet, has a surface facing the first gas diffusion sheet side, and a back surface opposite to the surface, and the shape is reversed between the surface and the back surface. A first gas supply comprising: a first separator having a concave portion on the surface side used as a reaction gas flow path; and a second separator stacked on the back surface of the first separator. Members,
A second gas supply member provided with a porous body layer that is stacked on the second gas diffusion sheet and is in contact with the second gas diffusion sheet;
With
The concave-convex shape of the first separator is concave on the surface side, and a pattern when the first separator is viewed in plan is a comb-shaped first concave portion, and the first concave portion is concave on the front surface side. And a second recess that is spaced apart and has a comb shape in which the pattern of the first separator in plan view meshes with the first recess,
The second separator is in contact with the convex portion facing the first and second concave portions on the back side of the first separator, thereby forming a space between the first separator and
The first and second separators in a stacked state form a first opening that opens the space to the outside, and a second opening that opens the space to the outside at a position different from the first opening ,
Each of the first concave portion and the second concave portion includes a plurality of main branch portions branched in the comb shape, and a sub branch portion that is a plurality of concave portions further branched from the main branch portion,
Each of the end portions of the sub-branch portion terminates in a region where the first separator and the membrane electrode assembly overlap each other .
請求項1に記載の燃料電池において、
前記第1セパレータの前記凹凸形状が、前記燃料電池の発電領域内で前記第1、2凹部が噛み合う方向と交差する方向に該第1セパレータを切断した場合に、前記表面側に凸の部分の底面の幅が前記第1凹部または/および第2凹部の幅よりも大きくされた部分を含むものであることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
When the first separator is cut in a direction intersecting with the direction in which the first and second recesses mesh with each other in the power generation region of the fuel cell, the uneven shape of the first separator A fuel cell characterized in that it includes a portion in which the width of the bottom surface is made larger than the width of the first recess and / or the second recess.
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