JP5694093B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5694093B2
JP5694093B2 JP2011190979A JP2011190979A JP5694093B2 JP 5694093 B2 JP5694093 B2 JP 5694093B2 JP 2011190979 A JP2011190979 A JP 2011190979A JP 2011190979 A JP2011190979 A JP 2011190979A JP 5694093 B2 JP5694093 B2 JP 5694093B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
cathode
anode gas
fuel cell
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011190979A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013054858A (en
Inventor
雄一 五味
雄一 五味
前田 正史
正史 前田
直宏 竹下
直宏 竹下
成孝 浜田
成孝 浜田
裕樹 岡部
裕樹 岡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP2011190979A priority Critical patent/JP5694093B2/en
Publication of JP2013054858A publication Critical patent/JP2013054858A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5694093B2 publication Critical patent/JP5694093B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to an internal structure of a fuel cell.

燃料電池は、電解質膜がカソード及びアノードの両電極間に挟持された構造を有しており、空気等の酸素を含むカソードガス(酸化ガス)がカソードに接触する一方、水素を含むアノードガス(燃料ガス)がアノードに接触することにより、両電極で電気化学反応が生じ、その結果、両電極間に電圧が生起されるように構成されている。   A fuel cell has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between both electrodes of a cathode and an anode. A cathode gas (oxidizing gas) containing oxygen such as air is in contact with the cathode while an anode gas containing hydrogen ( When the fuel gas is in contact with the anode, an electrochemical reaction occurs between the electrodes, and as a result, a voltage is generated between the electrodes.

かかる燃料電池の構造としては、種々のものが提案されており、例えば、特許文献1には、ガス流の方向が互いに逆向きになるように形成されたサーペンタイン型のアノードガス流路及びカソードガス流路を有する燃料電池が記載されている。この燃料電池は、カソードのフラッディングを防止するために、ガス流路の途中に排水路が設けられており、また、カソードガスの入口付近の乾燥を防止するために、ガス流路の上流側の幅よりも下流側の幅が狭められ、下流に向かってガス流速が増大するように構成されている。   Various structures of such fuel cells have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a serpentine type anode gas channel and cathode gas formed so that the gas flow directions are opposite to each other. A fuel cell having a flow path is described. This fuel cell is provided with a drainage channel in the middle of the gas flow path to prevent cathode flooding, and in order to prevent drying near the cathode gas inlet, The width on the downstream side of the width is narrowed, and the gas flow rate is increased toward the downstream side.

特開2002−198069号公報JP 2002-198069 A

ところで、燃料電池においては、一般に、カソード出口(カソードガスが流出する部位)側にアノード入口(アノードガスが流入する部位)を配置し、且つ、アノード出口(アノードガスが流出する部位)側にカソード入口(カソードガスが流入する部位)を配置し、カソード側で生じる水を、カソード出口(アノード入口)からアノード出口(カソード入口)へ運搬することにより、電解質膜の湿潤状態、すなわち、燃料電池における水バランスを保持する方法が広く採用されており、特許文献1に記載された燃料電池においても同様である。   By the way, in a fuel cell, in general, an anode inlet (a portion where the anode gas flows in) is disposed on the cathode outlet (portion where the cathode gas flows out) side, and a cathode is disposed on the anode outlet (a portion where anode gas flows out) side. By placing the inlet (portion into which the cathode gas flows) and transporting water generated on the cathode side from the cathode outlet (anode inlet) to the anode outlet (cathode inlet), the electrolyte membrane is in a wet state, that is, in a fuel cell. A method of maintaining the water balance is widely adopted, and the same applies to the fuel cell described in Patent Document 1.

しかし、特許文献1に記載された従来の燃料電池では、サーペンタイン流路がリブ状の仕切壁で画定されており、その仕切壁を挟んで隣接するガス流路が互いに逆向きに構成されているので、ガス流がその隣接するガス流路間をパスカット(短絡)してしまうおそれがある。特にアノードガス流にパスカットが生じると、カソード出口(アノード入口)付近の水分をアノード出口(カソード入口)へ十分に運搬することが困難となる。   However, in the conventional fuel cell described in Patent Document 1, the serpentine channel is defined by a rib-shaped partition wall, and adjacent gas channels sandwiching the partition wall are configured in opposite directions. Therefore, the gas flow may cause a path cut (short circuit) between the adjacent gas flow paths. In particular, when a path cut occurs in the anode gas flow, it becomes difficult to sufficiently transport moisture near the cathode outlet (anode inlet) to the anode outlet (cathode inlet).

また、ガス流速が入口側で比較的遅く出口側で比較的速いため、アノードガス中の水蒸気量がアノード入口付近で飽和に達し易くなり、アノードガスによってカソード出口の水分を取り去り難くなるので、却って、カソードのフラッディングを誘発するおそれもある。さらに、ガス流速が入口側で比較的遅いため、水分を受け取ったアノードガスが流路下流に到達する前に乾燥してしまい、アノード出口(カソード入口)付近に十分な水分を供給できないことも想定され得る。これらの懸念は、高温無加湿運転と呼ばれるような高温運転時において、特に顕著となるおそれがある。   Also, since the gas flow rate is relatively slow on the inlet side and relatively fast on the outlet side, the amount of water vapor in the anode gas tends to reach saturation near the anode inlet, and it becomes difficult to remove moisture at the cathode outlet by the anode gas. There is also a risk of inducing cathode flooding. Furthermore, since the gas flow rate is relatively slow on the inlet side, it is assumed that the anode gas that has received moisture dries before reaching the downstream of the flow path, and sufficient moisture cannot be supplied near the anode outlet (cathode inlet). Can be done. These concerns may be particularly noticeable during high temperature operation such as high temperature non-humidification operation.

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、カソード出口側で生じた水分を、アノードガス流路を介してカソード入口側へ効率的に運搬・供給して循環させることができ、これにより、高温運転時においても、電解質膜の湿潤状態を良好に維持して出力低下を抑止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。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, the moisture generated on the cathode outlet side can be efficiently transported and supplied to the cathode inlet side through the anode gas flow path and circulated. Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can maintain a wet state of an electrolyte membrane well and suppress a decrease in output even during high-temperature operation.

上記課題を解決するために、本発明による燃料電池は、電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、膜電極接合体に対向して設けられたセパレータと、互いに直交又は略直交するように設けられており、アノード入口がカソード出口近傍に配置され、且つ、アノード出口がカソード入口近傍に配置されるように構成されたカソードガス流路及びアノードガス流路とを備え、アノードガス流路は、リブによってU字状に転回(Uターン)するように画成されており、且つ、そのU字状流路の外周側(外側)の圧損が同内周側(内側)の圧損よりも小さくなるように構成されている。   In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention comprises a membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator provided opposite to the membrane electrode assembly, A cathode gas channel and an anode gas channel configured so as to be substantially orthogonal, the anode inlet is disposed in the vicinity of the cathode outlet, and the anode outlet is disposed in the vicinity of the cathode inlet; The anode gas flow path is defined so as to roll in a U shape (U-turn) by a rib, and the pressure loss on the outer peripheral side (outer side) of the U-shaped flow path is the same on the inner peripheral side (inner side). It is comprised so that it may become smaller than the pressure loss of.

このように構成された本発明による燃料電池においては、カソードガス流路及びアノードガス流路が互いに直交又は略直交するように設けられており、アノードガス流路がU字状に転回してU字状流路が画成されているので、そのU字状流路の外周側部分が、最もフラッディングし易いカソード出口端側(最下流)と最も乾燥し易いカソード入口端側(最上流)のそれぞれに対抗する部位を経由するように延在する。そして、アノード入口及びアノード出口がそれぞれカソード出口近傍及びカソード入口近傍に配置され、また、アノードガス流路を流れるアノードガスの大部分は、圧損が比較的小さいU字状流路の外周側を流通するので、アノードガスによって、カソード出口側からより多くの水分を奪い去ることができ、且つ、そうして奪取した多くの水分をカソード入口側へ供給することができる。   In the fuel cell according to the present invention configured as described above, the cathode gas channel and the anode gas channel are provided so as to be orthogonal or substantially orthogonal to each other. Since the U-shaped flow path is defined, the outer peripheral side portion of the U-shaped flow path is the cathode outlet end side (most downstream) that is most easily flooded and the cathode inlet end side (most upstream) that is most dry. It extends so as to go through a site that faces each other. The anode inlet and the anode outlet are arranged in the vicinity of the cathode outlet and in the vicinity of the cathode inlet, respectively, and most of the anode gas flowing through the anode gas channel flows through the outer peripheral side of the U-shaped channel with a relatively small pressure loss. As a result, more water can be taken away from the cathode outlet side by the anode gas, and much water thus taken can be supplied to the cathode inlet side.

また、そのようにしてアノードガス流路を流れるアノードガスの大部分が、圧損の比較的小さいU字状流路の外周側を流通することにより、従来の燃料電池(特許文献1)で危惧されるアノードガスのパスカットを抑制することができる。   In addition, most of the anode gas flowing in the anode gas flow path in this way flows through the outer peripheral side of the U-shaped flow path having a relatively small pressure loss, which is a concern in the conventional fuel cell (Patent Document 1). The path cut of the anode gas can be suppressed.

さらに、アノードガス流路において、そのU字状流路の外周側と内周側とを隔別するリブのような仕切りを設けることにより、外周側と内周側との圧損差をより高めることができ、且つ、外周側を流れるアノードガスが内周側に拡散することを効果的に抑止することができる。また、その結果、上述したアノードガスのパスカットを更に一層防止することができる。   Further, in the anode gas flow path, by providing a partition like a rib that separates the outer peripheral side and the inner peripheral side of the U-shaped flow path, the pressure loss difference between the outer peripheral side and the inner peripheral side is further increased. And anode gas flowing on the outer peripheral side can be effectively prevented from diffusing to the inner peripheral side. As a result, the above-described path cut of the anode gas can be further prevented.

以上のことから、本発明の燃料電池によれば、カソード出口側で生じた水分を、アノードガス流路を介してカソード入口側へ効率的に運搬・供給して循環させることができ(カウンターフロー効果の促進)、これにより、通常運転時だけではなく高温運転時においても、電解質膜の湿潤状態を、従来に比して格段に良好に維持して出力低下を効果的に抑止することが可能となる。   From the above, according to the fuel cell of the present invention, the water generated on the cathode outlet side can be efficiently transported and supplied to the cathode inlet side via the anode gas flow path and circulated (counter flow). As a result, not only during normal operation but also during high temperature operation, the wet state of the electrolyte membrane can be maintained much better than in the past, effectively reducing output degradation. It becomes.

本発明による燃料電池の好適な一実施形態の構成の一部を模式的に示す斜視部品分解図である。1 is an exploded perspective view schematically showing a part of the configuration of a preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention. 図1に示す燃料電池スタックのアノードセパレータの構成を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration of an anode separator of the fuel cell stack shown in FIG. 1. アノードガス流路として単一流路を有するアノードセパレータの構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of the anode separator which has a single flow path as an anode gas flow path.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The positional relationship such as up, down, left, and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Furthermore, the following embodiment is an illustration for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention only to the embodiment. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

図1は、本発明による燃料電池の好適な一実施形態の構成の一部を模式的に示す斜視部品分解図である。燃料電池スタック1(燃料電池)は、固体電解質膜を備えた固体高分子型の燃料電池(PEMFC)であり、主として燃料電池自動車等に搭載される。この燃料電池スタック1は、単位セルを複数積層したスタック構造を有している(なお、図示においては一単位のみ示す)。その単位セルは、例えばステンレス鋼やチタン等の導電性金属材料からなるカソードセパレータ10と、同じくアノードセパレータ20との間に、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置されたMEA30(膜電極接合体:Membrane Electrode Assembly)が挟持されたものである。また、MEA30の両面並びにカソードセパレータ10及びアノードセパレータ20に対向するように、ガス拡散層40,40がシールガスケット(図示せず)等によって一体に設けられている。   FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a part of the configuration of a preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention. The fuel cell stack 1 (fuel cell) is a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) provided with a solid electrolyte membrane, and is mainly mounted on a fuel cell vehicle or the like. The fuel cell stack 1 has a stack structure in which a plurality of unit cells are stacked (only one unit is shown in the figure). The unit cell is an MEA 30 (membrane electrode assembly) in which an anode and a cathode are disposed between a cathode separator 10 made of a conductive metal material such as stainless steel and titanium and an anode separator 20 with an electrolyte membrane interposed therebetween. : Membrane Electrode Assembly). Further, gas diffusion layers 40 and 40 are integrally provided by a seal gasket (not shown) or the like so as to face both surfaces of the MEA 30 and the cathode separator 10 and the anode separator 20.

一方、カソードセパレータ10の図示下端部には、その長辺に沿って複数のカソード入口11が穿設されており、カソードセパレータ10の同上端部には、その長辺に沿って、それらの複数のカソード入口11に対向する位置に、複数のカソード出口12が穿設されている。これにより、カソードセパレータ10とガス拡散層40との間には、カソードガスがカソード入口11からカソード出口12に向かって略直線的に流通する(図示矢印Yc参照)カソードガス流路13が画成される。このカソードガス流路13は、多孔体流路であって、そこを流れるカソードガスの圧損が全体的に平均化されて略一定に保持され得る。   On the other hand, a plurality of cathode inlets 11 are formed along the long side of the lower end portion of the cathode separator 10 in the figure, and a plurality of the cathode inlets 10 are formed along the long side of the upper end portion of the cathode separator 10. A plurality of cathode outlets 12 are drilled at positions facing the cathode inlets 11. Thereby, between the cathode separator 10 and the gas diffusion layer 40, the cathode gas flows substantially linearly from the cathode inlet 11 toward the cathode outlet 12 (see the arrow Yc in the drawing), and the cathode gas flow path 13 is defined. Is done. The cathode gas flow channel 13 is a porous material flow channel, and the pressure loss of the cathode gas flowing therethrough can be averaged and maintained substantially constant.

他方、アノードセパレータ20の図示左端部の上段には、アノード入口21が穿設されており、アノードセパレータ20の同左端部の下段には、アノード出口22が穿設されている。また、アノードセパレータ20の長辺に沿って、且つ、アノード入口21とアノード出口22との間の部位近傍を起端として、リブ25が直線状に延在している。これにより、アノードセパレータ20とガス拡散層40との間には、アノードガスがアノード入口21からアノード出口22に向かってU字状に転回(Uターン)して流通する(図示矢印Ya1,Ya2参照)アノードガス流路23,24が画成される。   On the other hand, an anode inlet 21 is drilled in the upper stage of the left end of the anode separator 20 in the figure, and an anode outlet 22 is drilled in the lower stage of the left end of the anode separator 20. Further, the rib 25 extends linearly along the long side of the anode separator 20 and starting from the vicinity of the portion between the anode inlet 21 and the anode outlet 22. Thus, between the anode separator 20 and the gas diffusion layer 40, the anode gas circulates in a U-shape (U-turn) from the anode inlet 21 toward the anode outlet 22 (see arrows Ya1 and Ya2 in the drawing). ) Anode gas passages 23 and 24 are defined.

このように、アノードガス流路23,24は、U字状流路であって、ともに多孔体流路であり、そのU字状流路の外周側(外側)流路としてのアノードガス流路23の圧損が、同内周側(内側)流路としてのアノードガス流路24の圧損よりも小さくされている。具体的には、例えば、アノードセパレータ20におけるアノードガス流路23に相当する部位の気孔率が、アノードセパレータ20におけるアノードガス流路24に相当する部位の気孔率よりも大きくなるように構成されている。これにより、アノードガス流路23を流れるアノードガス(図示矢印Ya1参照)の流速は、アノードガス流路24を流れるアノードガス(図示矢印Ya2参照)の流速よりも速く、また、アノードガス流路23を流れるアノードガスの流量は、アノードガス流路24を流れるアノードガスの流量よりも多くなる。   Thus, the anode gas flow paths 23 and 24 are U-shaped flow paths, both of which are porous flow paths, and are anode gas flow paths as outer peripheral (outer) flow paths of the U-shaped flow paths. 23 is made smaller than the pressure loss of the anode gas flow path 24 as the inner peripheral side (inner side) flow path. Specifically, for example, the porosity of the portion corresponding to the anode gas flow path 23 in the anode separator 20 is configured to be larger than the porosity of the portion corresponding to the anode gas flow path 24 in the anode separator 20. Yes. As a result, the flow rate of the anode gas (see the arrow Ya1 in the figure) flowing through the anode gas flow path 23 is faster than the flow rate of the anode gas (see the arrow Ya2 in the figure) flowing through the anode gas flow path 24, and the anode gas flow path 23 The flow rate of the anode gas flowing through the anode gas flow passage is larger than the flow rate of the anode gas flowing through the anode gas flow path 24.

このように構成された燃料電池スタック1によれば、カソードガス流路13とアノードガス流路23,24が互いに直交又は略直交するように設けられており、且つ、アノード入口21及びアノード出口22が、それぞれカソード出口12近傍及びカソード入口11近傍に配置されている。よって、アノード入口21付近(アノードガス流路23の図示上段の一方端)で乾燥状態にあるアノードガスが、アノードガス流路23,24を流れるにつれて、MEA30を介してカソードガスの水分を奪い、アノードガス流路23,24の図示上段の他方端(リブ25の先端側)に達するまでに湿度が略飽和となる。こうして高湿度となったアノードガスは、アノードガス流路23,24の図示下段において、MEA30を介してカソードガスへ水分を供給する。   According to the fuel cell stack 1 configured as described above, the cathode gas passage 13 and the anode gas passages 23 and 24 are provided so as to be orthogonal or substantially orthogonal to each other, and the anode inlet 21 and the anode outlet 22 are provided. Are arranged in the vicinity of the cathode outlet 12 and in the vicinity of the cathode inlet 11, respectively. Therefore, as the anode gas in a dry state near the anode inlet 21 (one end of the upper stage of the anode gas flow path 23) flows through the anode gas flow paths 23 and 24, the moisture of the cathode gas is deprived via the MEA 30; The humidity is substantially saturated before reaching the other upper end (the tip side of the rib 25) of the anode gas flow paths 23, 24 in the figure. The anode gas having become high humidity in this way supplies moisture to the cathode gas via the MEA 30 in the lower stage of the anode gas passages 23 and 24.

そして、アノードガス流路23,24がU字状に転回してU字状流路が画成されているので、そのU字状流路の外周側部分であるアノードガス流路23が、最もフラッディングし易いカソード出口12端側(カソード流路13の最下流)と最も乾燥し易いカソード入口11端側(カソード流路13の最上流)のそれぞれに対向する部位を経由するように延びている。   And since the anode gas flow paths 23 and 24 roll in the U shape and the U-shaped flow path is defined, the anode gas flow path 23 which is the outer peripheral side part of the U-shaped flow path is the most. It extends so as to pass through portions facing the cathode exit 12 end side (the most downstream side of the cathode channel 13) that is easily flooded and the cathode inlet 11 end side (the most upstream side of the cathode channel 13) that is most dry. .

したがって、アノードガスによってカソード出口12側からより多くの水分を奪い去ることができ、且つ、その多くの水分をカソード入口11側へ効率よく供給することができるので、湿度分布のばらつきに起因するフラッディングや過度の乾燥を効果的に防止することが可能となる。換言すれば、カソード出口12側で生じた水分(反応生成水)を、アノードガス流路23,24を介してカソード入口11側へ効率的に運搬・供給して循環させることができ(カウンターフロー効果の促進)、これにより、通常運転時だけではなく高温運転時においても、電解質膜の湿潤状態を従来に比して格段に良好に維持し、燃料電池スタック1の出力低下を効果的に抑止することが可能となる。   Therefore, more water can be taken away from the cathode outlet 12 side by the anode gas, and more water can be efficiently supplied to the cathode inlet 11 side, so that flooding caused by variation in humidity distribution is caused. And excessive drying can be effectively prevented. In other words, water (reaction product water) generated on the cathode outlet 12 side can be efficiently transported and supplied to the cathode inlet 11 side via the anode gas flow paths 23 and 24 and circulated (counter flow). As a result, not only during normal operation but also during high-temperature operation, the wet state of the electrolyte membrane can be maintained much better than in the past, and the output reduction of the fuel cell stack 1 can be effectively suppressed. It becomes possible to do.

さらに、そのようにしてアノードガス流路23,24を流れるアノードガスの大部分が、圧損の比較的小さいアノードガス流路23を流通するので、従来の燃料電池で危惧され得るアノードガスのパスカットを抑制し易くなり、その結果、上述したカウンターフロー効果を更に一層促進させることができる。   Furthermore, since most of the anode gas flowing through the anode gas passages 23 and 24 circulates in the anode gas passage 23 having a relatively small pressure loss, the path cut of the anode gas may be a concern in the conventional fuel cell. As a result, the counter flow effect described above can be further promoted.

ここで、図2及び図3は、それぞれ、燃料電池スタック1のアノードセパレータ20、及び、アノードガス流路として単一流路を有するアノードセパレータ200の構成を模式的に示す平面図である。アノードセパレータ200は、アノードセパレータ20のアノード入口21及びアノード出口22並びにリブ25と同等に設けられたアノード入口221及びアノード出口222並びにリブ225を有している。また、アノードセパレータ200は、アノードセパレータ20と異なり、アノードガスの圧損が全体として平均化された多孔体流路としてのアノードガス流路226を備えている。   Here, FIGS. 2 and 3 are plan views schematically showing the configuration of the anode separator 20 of the fuel cell stack 1 and the anode separator 200 having a single flow path as the anode gas flow path, respectively. The anode separator 200 includes an anode inlet 221, an anode outlet 222, and a rib 225 provided in the same manner as the anode inlet 21, the anode outlet 22, and the rib 25 of the anode separator 20. Unlike the anode separator 20, the anode separator 200 includes an anode gas flow path 226 as a porous body flow path in which the pressure loss of the anode gas is averaged as a whole.

このように構成されたアノードセパレータ20のアノードガス流路23に相当する部位の気孔率を83%、及び、アノードセパレータ20のアノードガス流路24に相当する部位の気孔率を78%とし、且つ、アノードセパレータ200のアノードガス流路226に相当する部位の気孔率を78%として、3A/cm2発電時における圧損を評価した。その結果、アノードガス流路23における圧損は30kPaであり、アノードガス流路24,226における圧損は44kPaであった。 The porosity of the portion corresponding to the anode gas flow path 23 of the anode separator 20 thus configured is 83%, the porosity of the portion corresponding to the anode gas flow path 24 of the anode separator 20 is 78%, and The pressure loss at the time of 3 A / cm 2 power generation was evaluated by setting the porosity of the portion corresponding to the anode gas flow path 226 of the anode separator 200 to 78%. As a result, the pressure loss in the anode gas channel 23 was 30 kPa, and the pressure loss in the anode gas channels 24 and 226 was 44 kPa.

かかるアノードセパレータ20,200をそれぞれ備える燃料電池スタックを運転したところ、アノードセパレータ20のアノードガス流路23(外側流路)を流れるアノードガスの流量は10%向上され、アノードガス流路23,24全体の平均的な水素ストイキが1.25のとき、アノードガス流路23には水素ストイキ1.5相当のアノードガスが流れ、カソード入口11付近への水分供給量が十分に増加して乾燥が抑制されることが確認された。また、このように水素ストイキが1.25から1.5へ増大する場合、アノード出口22(カソード入口11)付近の湿度が1.8〜4.1%増加し、これにより、単位セルの電圧(セル電圧)が40mV増加することが推算評価された。   When the fuel cell stack including the anode separators 20 and 200 was operated, the flow rate of the anode gas flowing through the anode gas flow path 23 (outer flow path) of the anode separator 20 was improved by 10%. When the overall average hydrogen stoichiometry is 1.25, anode gas equivalent to hydrogen stoichiometry 1.5 flows in the anode gas flow path 23, and the amount of moisture supplied to the vicinity of the cathode inlet 11 is sufficiently increased to cause drying. It was confirmed that it was suppressed. Further, when the hydrogen stoichiometry increases from 1.25 to 1.5 in this way, the humidity near the anode outlet 22 (cathode inlet 11) increases by 1.8 to 4.1%, and thereby the voltage of the unit cell. It was estimated that (cell voltage) would increase by 40 mV.

なお、上述したとおり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、燃料電池スタック1のアノードセパレータ20に、U字状流路であるアノードガス流路23,24を隔別するリブのような仕切りを追設してもよい。そうすることにより、アノードガス流路23,24間の圧損差を更に高めることができ、且つ、アノードガス流路23を流通するアノードガスがアノードガス流路24へ拡散することを効果的に抑止することができる。また、それにより、アノードガス流路23からアノードガス流路24へのアノードガスのパスカットを更に一層防止することができる。   In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the limit which does not change the summary. For example, the anode separator 20 of the fuel cell stack 1 may be additionally provided with a partition such as a rib that separates the anode gas flow paths 23 and 24 that are U-shaped flow paths. By doing so, the pressure loss difference between the anode gas passages 23 and 24 can be further increased, and the anode gas flowing through the anode gas passage 23 is effectively prevented from diffusing into the anode gas passage 24. can do. Thereby, the path cut of the anode gas from the anode gas channel 23 to the anode gas channel 24 can be further prevented.

以上説明したとおり、本発明は、燃料電池における電解質膜の湿潤状態を良好に維持して燃料電池の出力低下を有効に防止することができるので、燃料電池全般、燃料電池を備える機器、システム、設備等、及び、それらの製造に広く且つ有効に利用することができる。   As described above, the present invention can effectively maintain the wet state of the electrolyte membrane in the fuel cell and effectively prevent a decrease in the output of the fuel cell. Therefore, the fuel cell in general, devices and systems equipped with the fuel cell, It can be used widely and effectively for facilities and the production thereof.

1…燃料電池スタック(燃料電池)、10…カソードセパレータ、11…カソード入口、12…カソード出口、13…カソードガス流路、20…アノードセパレータ、21…アノード入口、22…アノード出口、23,24…アノードガス流路、25…リブ、30…MEA、40…ガス拡散層、200…アノードセパレータ、221…アノード入口、222…アノード出口、225…リブ、226…アノードガス流路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack (fuel cell), 10 ... Cathode separator, 11 ... Cathode inlet, 12 ... Cathode outlet, 13 ... Cathode gas flow path, 20 ... Anode separator, 21 ... Anode inlet, 22 ... Anode outlet, 23, 24 Anode gas flow path, 25 ... rib, 30 ... MEA, 40 ... gas diffusion layer, 200 ... anode separator, 221 ... anode inlet, 222 ... anode outlet, 225 ... rib, 226 ... anode gas flow path.

Claims (2)

電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に対向して設けられたセパレータと、
互いに直交又は略直交するように設けられており、アノード入口がカソード出口近傍に配置され、且つ、アノード出口がカソード入口近傍に配置されるように構成されたカソードガス流路及びアノードガス流路と、を備え、
前記アノードガス流路は、前記アノード入口と前記アノード出口との間の部位近傍を起端として延在するリブによってU字状に転回するように画成されており、且つ、該U字状流路の外周側の圧損が該U字状流路の内周側の圧損よりも小さくされたものである、
燃料電池。
A membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A separator provided to face the membrane electrode assembly;
A cathode gas channel and an anode gas channel configured to be orthogonal or substantially orthogonal to each other, the anode inlet being disposed in the vicinity of the cathode outlet, and the anode outlet being disposed in the vicinity of the cathode inlet; With
The anode gas flow path is defined so as to turn in a U shape by a rib extending from the vicinity of a portion between the anode inlet and the anode outlet , and the U-shaped flow The pressure loss on the outer peripheral side of the path is made smaller than the pressure loss on the inner peripheral side of the U-shaped flow path.
Fuel cell.
前記U字状流路の外周側と内周側とを隔別する仕切りをさらに備える、請求項1に記載の燃料電池。The fuel cell according to claim 1, further comprising a partition that separates an outer peripheral side and an inner peripheral side of the U-shaped channel.
JP2011190979A 2011-09-01 2011-09-01 Fuel cell Active JP5694093B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011190979A JP5694093B2 (en) 2011-09-01 2011-09-01 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011190979A JP5694093B2 (en) 2011-09-01 2011-09-01 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013054858A JP2013054858A (en) 2013-03-21
JP5694093B2 true JP5694093B2 (en) 2015-04-01

Family

ID=48131688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011190979A Active JP5694093B2 (en) 2011-09-01 2011-09-01 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5694093B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4321040B2 (en) * 2002-10-25 2009-08-26 アイシン精機株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
US7838163B2 (en) * 2004-11-16 2010-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013054858A (en) 2013-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5408263B2 (en) Fuel cell
JP3559693B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP5321086B2 (en) Fuel cell
JP5501237B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND FUEL CELL STACK HAVING THE SAME
JP5093249B2 (en) Fuel cell
JP2009037759A (en) Fuel cell
JP2012064483A (en) Gas passage structure for fuel cell, passage structure for the fuel cell, separator for the fuel cell and coolant flow rate control device for the fuel cell
JP5480082B2 (en) Fuel cell
JP5694093B2 (en) Fuel cell
JP2008293835A (en) Fuel cell
JP7048254B2 (en) Fuel cell
JP2013157315A (en) Fuel battery
JP2008146897A (en) Fuel cell separator, and fuel cell
JP4661103B2 (en) Fuel cell
JP2005310586A (en) Fuel battery
JP5653873B2 (en) Fuel cell
JP6780612B2 (en) Fuel cell separator
JP7192759B2 (en) Fuel cell separator
JP2005135763A (en) Fuel cell and separator for fuel cell
JP5694103B2 (en) Fuel cell and fuel cell
JP2007273326A (en) Fuel battery cell
JP5730708B2 (en) Fuel cell
JP5604977B2 (en) Fuel cell
JP2011018605A (en) Fuel cell
JP5233184B2 (en) Fuel cell separator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140820

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141006

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5694093

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250