JP5886739B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体と横長形状のセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack having a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a horizontally long separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked. .

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一面側にアノード電極が、前記電解質膜の他面側にカソード電極が、配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is provided on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is provided on the other side of the electrolyte membrane ( MEA) is provided with a unit cell sandwiched by a pair of separators. This type of fuel cell is normally used as an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、セパレータ面に沿って電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。   In the fuel cell described above, a fuel gas flow path is provided in the surface of one separator so as to flow the fuel gas so as to face the anode electrode, and oxidation is performed in the surface of the other separator so as to face the cathode electrode. An oxidant gas flow path for flowing the agent gas is provided. Furthermore, between each separator which comprises each fuel cell and adjoins mutually, the cooling medium flow path for flowing a cooling medium in the electrode range is formed along the separator surface.

さらに、この種の燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。   Further, in this type of fuel cell, the fuel gas inlet communication hole and the fuel gas outlet communication hole for flowing the fuel gas through the unit cell in the stacking direction, and the oxidant gas inlet communication hole for flowing the oxidant gas In many cases, a so-called internal manifold type fuel cell is provided which includes an oxidant gas outlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole for flowing a cooling medium, and a cooling medium outlet communication hole.

ところが、内部マニホールド型燃料電池では、反応ガスを反応ガス連通孔から反応ガス流路全面に均一に供給することが困難となるという問題がある。そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池が知られている。   However, the internal manifold type fuel cell has a problem that it is difficult to uniformly supply the reaction gas from the reaction gas communication hole to the entire surface of the reaction gas channel. Thus, for example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known.

この燃料電池は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が形成されている。   In this fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, a reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed along the electrode surface, and the reaction gas The reaction gas communication hole is formed to flow in the laminating direction.

セパレータには、反応ガス流路の入口側に位置し、前記反応ガス流路と同等の幅寸法を有する略三角形状の入口バッファ部と、前記入口バッファ部の一方の稜線側に位置する反応ガス連通孔の供給側とが設けられている。そして、入口バッファ部は、複数の凸部を有するとともに、前記凸部は、前記入口バッファ部の中央部側の配置密度が前記入口バッファ部の端部側の配置密度に比べて疎になるように設定されている。   The separator is located on the inlet side of the reaction gas channel, and has a substantially triangular inlet buffer portion having a width dimension equivalent to that of the reaction gas channel, and a reaction gas located on one ridge line side of the inlet buffer portion And a supply side of the communication hole. The inlet buffer unit has a plurality of convex portions, and the convex portions are arranged such that the arrangement density on the central portion side of the inlet buffer portion is sparse compared to the arrangement density on the end side of the inlet buffer portion. Is set to

従って、特に反応ガスが通過し易い入口バッファ部の幅方向中央部側では、凸部の配置密度が疎であるため、前記反応ガスの流速が低下して前記反応ガスを反応ガス流路の幅方向中央部側の流路溝に案内することができる、としている。   Accordingly, the arrangement density of the protrusions is sparse particularly in the width direction central portion side of the inlet buffer portion where the reaction gas easily passes, so that the flow rate of the reaction gas is reduced and the reaction gas is reduced to the width of the reaction gas flow path. It can be guided to the flow path groove on the center side in the direction.

特開2008−293743号公報JP 2008-293743 A

本発明は、この種の技術に関するものであり、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等に供給することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention relates to this kind of technology, and with a simple and economical configuration, the reaction gas can be supplied uniformly over the entire surface of the reaction gas flow path, and the desired power generation performance can be ensured. An object of the present invention is to provide a simple fuel cell stack.

本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体と横長形状のセパレータとが積層される燃料電池を有し、前記セパレータの短辺側には、燃料ガス又は酸化剤ガスの一方の反応ガスがセパレータ積層方向に流通される第1反応ガス連通孔と、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスの他方の反応ガスが前記セパレータ積層方向に流通される第2反応ガス連通孔とが設けられるとともに、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関するものである。   The present invention has a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte membrane and a horizontally long separator are stacked, and a fuel gas or an oxidant gas is provided on the short side of the separator. A first reaction gas communication hole through which one of the reaction gases flows in the separator stacking direction, and a second reaction gas communication hole through which the other reaction gas of the fuel gas or the oxidant gas flows in the separator stacking direction And a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked.

この燃料電池スタックでは、一方の反応ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる反応ガス流路が形成されたセパレータは、前記反応ガス流路の入口側及び前記反応ガス流路の出口側に連なってそれぞれ三角形状のバッファ部を設ける一方、第1反応ガス連通孔と前記バッファ部とを繋げる複数本の連結流路を設けている。そして、複数本の連結流路は、前記第1反応ガス連通孔から前記バッファ部へと前記セパレータ面に沿って直接繋がる流路であるとともに、バッファ部の中央側の流路長さが、前記バッファ部の端部側の流路長さよりも短尺に構成されている。 In this fuel cell stack, the separator formed with the reaction gas flow path for flowing one reaction gas in the long side direction along the separator surface is the inlet side of the reaction gas flow path and the outlet side of the reaction gas flow path. Are provided with a triangular buffer part, respectively, and a plurality of connecting flow paths for connecting the first reaction gas communication hole and the buffer part are provided. The plurality of connection channels are channels directly connected along the separator surface from the first reaction gas communication hole to the buffer unit, and the channel length on the center side of the buffer unit is It is configured to be shorter than the flow path length on the end side of the buffer portion.

また、この燃料電池スタックでは、第1反応ガス連通孔のバッファ部側の壁面は、前記バッファ部の前記反応ガス連通孔に対向する三角形状の稜線に対して、互いに交差する方向に延在することが好ましい。   In this fuel cell stack, the wall surface of the first reaction gas communication hole on the buffer portion side extends in a direction intersecting with each other with respect to a triangular ridge line facing the reaction gas communication hole of the buffer portion. It is preferable.

さらに、この燃料電池スタックでは、一方の反応ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる反応ガス流路が形成された前記セパレータは、前記反応ガス流路の入口側及び前記反応ガス流路の出口側に連なってそれぞれ三角形状のバッファ部を設ける一方、前記第1反応ガス連通孔と前記バッファ部とを繋げる複数本の連結流路を設けている。そして、複数本の連結流路は、前記第1反応ガス連通孔から前記バッファ部へと前記セパレータ面に沿って直接繋がる流路であるとともに、バッファ部の中央側の圧力損失が、前記バッファ部の端部側の圧力損失よりも小さく設定されている。 Further, in this fuel cell stack, the separator formed with the reaction gas flow path for allowing one reaction gas to flow in the long side direction along the separator surface includes the reaction gas flow path at the inlet side and the reaction gas flow path. In addition to providing a triangular buffer portion connected to each outlet side, a plurality of connecting flow paths for connecting the first reaction gas communication hole and the buffer portion are provided. The plurality of connection channels are channels directly connected along the separator surface from the first reaction gas communication hole to the buffer unit, and pressure loss on the center side of the buffer unit is caused by the buffer unit. The pressure loss is set to be smaller than the pressure loss on the end side.

本発明によれば、連結流路は、バッファ部の中央側の圧力損失が、前記バッファ部の端部側の圧力損失(以下、単に圧損という)よりも小さく設定されている。本発明では、バッファ部の中央側の流路長さが、前記バッファ部の端部側の流路長さよりも短尺に構成されている。   According to the present invention, the connection flow path is set such that the pressure loss on the center side of the buffer portion is smaller than the pressure loss on the end portion side of the buffer portion (hereinafter simply referred to as pressure loss). In the present invention, the flow path length on the center side of the buffer section is configured to be shorter than the flow path length on the end section side of the buffer section.

このため、バッファ部の中央側の圧損は、前記バッファ部の端部側の圧損よりも低くなり、特に反応ガスが流れ難い前記バッファ部の中央側に供給される前記反応ガスの流量を増加させることができる。従って、反応ガス流路全体に反応ガスを均等に供給することが可能になる。   For this reason, the pressure loss on the center side of the buffer portion is lower than the pressure loss on the end portion side of the buffer portion, and particularly increases the flow rate of the reaction gas supplied to the center side of the buffer portion where the reaction gas hardly flows. be able to. Therefore, the reaction gas can be supplied uniformly to the entire reaction gas flow path.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等且つ確実に供給することができ、所望の発電性能を確保することが可能になる。   Thereby, it is possible to supply the reaction gas evenly and reliably over the entire surface of the reaction gas flow path with a simple and economical configuration, and to secure desired power generation performance.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell constituting a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the cathode side separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side separator which comprises the said fuel cell. 本願例と従来例とにおいて、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスの流量の比較説明図である。It is comparison explanatory drawing of the flow volume of oxidant gas supplied to an oxidant gas flow path in the example of this application, and a prior art example. 前記燃料電池を構成する酸化剤ガス入口連通孔の要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the oxidant gas inlet communication hole which comprises the said fuel cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するカソード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the cathode side separator which comprises the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の燃料電池11が立位姿勢(電極面が鉛直方向に平行)にて矢印A方向に積層される。燃料電池11は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持するカソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of fuel cells 11 in the standing direction (the electrode surface is parallel to the vertical direction) in the arrow A direction. Laminated. The fuel cell 11 includes an electrolyte membrane / electrode structure 12, and a cathode side separator 14 and an anode side separator 16 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12.

カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状金属セパレータにより構成される。金属セパレータは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。   The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin plate-like metal separator whose surface is subjected to anticorrosion treatment. The metal separator has a rectangular planar shape, and is formed into a concavo-convex shape by pressing into a wave shape. The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 may be constituted by, for example, a carbon separator instead of the metal separator.

カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向(矢印C方向)に向かい且つ長辺が水平方向(矢印B方向)に向かう(水平方向の積層)ように構成される。なお、短辺が水平方向に向かい且つ長辺が重力方向に向かうように構成してもよい。   The cathode-side separator 14 and the anode-side separator 16 have a horizontally long shape, and the short sides are directed in the direction of gravity (arrow C direction) and the long sides are directed in the horizontal direction (arrow B direction) (horizontal stacking). Composed. In addition, you may comprise so that a short side may face a horizontal direction and a long side may go to a gravitational direction.

燃料電池11の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部(一方の短辺側)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔18aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔20bとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bは、略長方形状(略三角形状でもよい)を有するとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔18aは、前記燃料ガス出口連通孔20bよりも大きな開口面積に設定される。   One end edge (one short side) of the fuel cell 11 in the long side direction (arrow B direction) communicates with each other in the arrow A direction to oxidize for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. An agent gas inlet communication hole 18a and a fuel gas outlet communication hole 20b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided. The oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b have a substantially rectangular shape (may be substantially triangular), and the oxidant gas inlet communication hole 18a is larger than the fuel gas outlet communication hole 20b. The opening area is set.

燃料電池11の長辺方向の他端縁部(他方の短辺側)には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔20aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔18bとが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aは、略長方形状を有するとともに、前記酸化剤ガス出口連通孔18bは、前記燃料ガス入口連通孔20aよりも大きな開口面積に設定される。   The other end edge of the fuel cell 11 in the long side direction (the other short side) communicates with each other in the direction of the arrow A, and a fuel gas inlet communication hole 20a for supplying fuel gas, and an oxidant gas. An oxidant gas outlet communication hole 18b for discharging is provided. The oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a have a substantially rectangular shape, and the oxidant gas outlet communication hole 18b is set to have a larger opening area than the fuel gas inlet communication hole 20a.

燃料電池11の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部一方には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための2つの冷却媒体入口連通孔22aが設けられる。燃料電池11の短辺方向の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体出口連通孔22bが設けられる。   Two cooling medium inlet communication holes 22 a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium are provided at one end of both ends in the short side direction (arrow C direction) of the fuel cell 11. Two cooling medium outlet communication holes 22b for discharging the cooling medium are provided on the other end of both ends in the short side direction of the fuel cell 11.

冷却媒体入口連通孔22aは、開口形状が冷却媒体流路38の流れ方向(矢印B方向)に沿って長尺な略長方形状に設定される。冷却媒体出口連通孔22bは、開口形状が冷却媒体流路38の流れ方向(矢印B方向)に沿って長尺な略長方形状に設定される。   The cooling medium inlet communication hole 22 a is set to have an approximately rectangular shape whose opening shape is long along the flow direction (arrow B direction) of the cooling medium flow path 38. The cooling medium outlet communication hole 22 b is set to have an approximately rectangular shape whose opening shape is long along the flow direction (arrow B direction) of the cooling medium flow path 38.

電解質膜・電極構造体12は、例えば、フッ素系又は炭化水素系の固体高分子電解質膜24と、前記固体高分子電解質膜24を挟持するカソード電極26及びアノード電極28とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a fluorine-based or hydrocarbon-based solid polymer electrolyte membrane 24, and a cathode electrode 26 and an anode electrode 28 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 24.

カソード電極26及びアノード電極28は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜24の両面に形成される。   The cathode electrode 26 and the anode electrode 28 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer (not shown) to be formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24.

図3に示すように、カソード側セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとを連通する酸化剤ガス流路30が形成される。酸化剤ガス流路30は、水平方向(矢印B方向)に延在し、酸化剤ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状又は波状の流路溝30aを有する。   As shown in FIG. 3, on the surface 14a of the cathode-side separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, an oxidant gas flow path that connects an oxidant gas inlet communication hole 18a and an oxidant gas outlet communication hole 18b. 30 is formed. The oxidant gas channel 30 extends in the horizontal direction (arrow B direction), and has a plurality of linear or wavy channel grooves 30a that circulate the oxidant gas in the long side direction along the separator surface.

酸化剤ガス流路30の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数の突起状エンボスを有する入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bが設けられる。入口バッファ部32aは、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bの形状に沿って略三角形状を有するとともに、頂点32aeの位置が高さ方向中央(矢印C方向)から下方に離間して設定される。   An inlet buffer portion 32 a and an outlet buffer portion 32 b each having a plurality of protruding embosses are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the oxidant gas flow path 30. The inlet buffer portion 32a has a substantially triangular shape along the shapes of the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b, and the position of the apex 32ae is spaced downward from the center in the height direction (arrow C direction). Is set.

入口バッファ部32aは、酸化剤ガス入口連通孔18aに対向する第1稜線32ar1及び燃料ガス出口連通孔20bに対向する第2稜線32ar2を有する。第1稜線32ar1は、第2稜線32ar2よりも長尺に構成される。   The inlet buffer portion 32a has a first ridge line 32ar1 facing the oxidant gas inlet communication hole 18a and a second ridge line 32ar2 facing the fuel gas outlet communication hole 20b. The first ridgeline 32ar1 is configured to be longer than the second ridgeline 32ar2.

第1稜線32ar1は、酸化剤ガス入口連通孔18aの入口バッファ部32a側の壁面18awと非平行に、すなわち、互いに交差する方向に延在する。第1稜線32ar1と壁面18awとの間隔は、上方に向かうに従って広くなる。   The first ridge line 32ar1 extends non-parallel to the wall surface 18aw on the inlet buffer portion 32a side of the oxidant gas inlet communication hole 18a, that is, extends in a direction intersecting with each other. The distance between the first ridgeline 32ar1 and the wall surface 18aw becomes wider toward the upper side.

出口バッファ部32bは、酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aの形状に沿って略三角形状を有するとともに、頂点32beの位置が高さ方向中央(矢印C方向)から上方に離間して設定される。出口バッファ部32bは、酸化剤ガス出口連通孔18bに対向する第1稜線32br1及び燃料ガス入口連通孔20aに対向する第2稜線32br2を有する。第1稜線32br1は、第2稜線32br2よりも長尺に構成される。   The outlet buffer 32b has a substantially triangular shape along the shapes of the oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a, and the position of the apex 32be is spaced upward from the center in the height direction (arrow C direction). Is set. The outlet buffer portion 32b has a first ridge line 32br1 facing the oxidant gas outlet communication hole 18b and a second ridge line 32br2 facing the fuel gas inlet communication hole 20a. The first ridgeline 32br1 is configured to be longer than the second ridgeline 32br2.

第1稜線32br1は、酸化剤ガス出口連通孔18bの出口バッファ部32b側の壁面18bwと非平行に、すなわち、互いに交差する方向に延在する。第1稜線32br1と壁面18bwとの間隔は、下方に向かうに従って広くなる。   The first ridge line 32br1 extends non-parallel to the wall surface 18bw on the outlet buffer portion 32b side of the oxidant gas outlet communication hole 18b, that is, extends in a direction crossing each other. The distance between the first ridgeline 32br1 and the wall surface 18bw becomes wider toward the lower side.

入口バッファ部32aと酸化剤ガス入口連通孔18aとは、複数本の入口連結流路33aにより連通する。出口バッファ部32bと酸化剤ガス出口連通孔18bとは、複数本の出口連結流路33bにより連通する。入口連結流路33a及び出口連結流路33bは、それぞれの流路のガス流通方向に交差する方向に切断した断面積が同一である。   The inlet buffer portion 32a and the oxidant gas inlet communication hole 18a communicate with each other through a plurality of inlet connection channels 33a. The outlet buffer portion 32b and the oxidant gas outlet communication hole 18b communicate with each other through a plurality of outlet connection channels 33b. The inlet connection channel 33a and the outlet connection channel 33b have the same cross-sectional area cut in the direction intersecting the gas flow direction of each channel.

複数本の入口連結流路33aは、入口バッファ部32aの中央側(頂点32ae側)の流路長さL1が、前記入口バッファ部32aの端部側(上端側)の流路長さL2よりも短尺に構成される(L1<L2)。複数本の出口連結流路33bは、出口バッファ部32bの中央側(頂点32be側)の流路長さL3が、前記出口バッファ部32bの端部側(下端側)の流路長さL4よりも短尺に構成される(L3<L4)。   The plurality of inlet connection channels 33a have a channel length L1 on the center side (vertex 32ae side) of the inlet buffer portion 32a that is greater than a channel length L2 on the end side (upper end side) of the inlet buffer portion 32a. Is also configured to be short (L1 <L2). In the plurality of outlet connection channels 33b, the channel length L3 on the center side (vertex 32be side) of the outlet buffer portion 32b is greater than the channel length L4 on the end portion side (lower end side) of the outlet buffer portion 32b. Is also configured to be short (L3 <L4).

図4に示すように、アノード側セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとを連通する燃料ガス流路34が形成される。燃料ガス流路34は、水平方向(矢印B方向)に延在し、燃料ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状又は波状の流路溝34aを有する。燃料ガス流路34の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数の突起状エンボスを有する入口バッファ部36a及び出口バッファ部36bが設けられる。   As shown in FIG. 4, a fuel gas flow path 34 that connects the fuel gas inlet communication hole 20 a and the fuel gas outlet communication hole 20 b is formed on the surface 16 a of the anode separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. Is done. The fuel gas channel 34 extends in the horizontal direction (arrow B direction), and has a plurality of linear or wavy channel grooves 34a that allow the fuel gas to flow in the long side direction along the separator surface. In the vicinity of the inlet and the outlet of the fuel gas channel 34, an inlet buffer portion 36a and an outlet buffer portion 36b each having a plurality of protruding embosses are provided.

入口バッファ部36aは、燃料ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔18bの形状に沿って略三角形状を有するとともに、水平方向の頂点36aeの位置が高さ方向中央(矢印C方向)から上方に離間して設定される。   The inlet buffer 36a has a substantially triangular shape along the shapes of the fuel gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 18b, and the position of the horizontal apex 36ae from the center in the height direction (arrow C direction). It is set apart upward.

入口バッファ部36aは、燃料ガス入口連通孔20aに対向する第1稜線36ar1及び酸化剤ガス出口連通孔18bに対向する第2稜線36ar2を有する。第1稜線36ar1は、第2稜線36ar2よりも短尺に構成される。   The inlet buffer portion 36a has a first ridge line 36ar1 facing the fuel gas inlet communication hole 20a and a second ridge line 36ar2 facing the oxidant gas outlet communication hole 18b. The first ridge line 36ar1 is configured to be shorter than the second ridge line 36ar2.

第1稜線36ar1は、燃料ガス入口連通孔20aの入口バッファ部36a側の壁面20awと非平行に、すなわち、互いに交差する方向に延在する。第1稜線36ar1と壁面20awとの間隔は、上方に向かうに従って広くなる。   The first ridge line 36ar1 extends non-parallel to the wall surface 20aw on the inlet buffer portion 36a side of the fuel gas inlet communication hole 20a, that is, extends in a direction crossing each other. The distance between the first ridge line 36ar1 and the wall surface 20aw becomes wider toward the upper side.

出口バッファ部36bは、燃料ガス出口連通孔20b及び酸化剤ガス入口連通孔18aの形状に沿って略三角形状を有するとともに、頂点36beの位置が高さ方向中央(矢印C方向)から下方に離間して設定される。出口バッファ部36bは、燃料ガス出口連通孔20bに対向する第1稜線36br1及び酸化剤ガス入口連通孔18aに対向する第2稜線36br2を有する。第1稜線36br1は、第2稜線36br2よりも短尺に構成される。   The outlet buffer portion 36b has a substantially triangular shape along the shapes of the fuel gas outlet communication hole 20b and the oxidant gas inlet communication hole 18a, and the position of the vertex 36be is spaced downward from the center in the height direction (arrow C direction). Is set. The outlet buffer portion 36b has a first ridge line 36br1 facing the fuel gas outlet communication hole 20b and a second ridge line 36br2 facing the oxidant gas inlet communication hole 18a. The first ridge line 36br1 is configured to be shorter than the second ridge line 36br2.

第1稜線36br1は、燃料ガス出口連通孔20bの出口バッファ部36b側の壁面20bwと非平行に、すなわち、互いに交差する方向に延在する。第1稜線36br1と壁面20bwとの間隔は、下方に向かうに従って広くなる。   The first ridge line 36br1 extends non-parallel to the wall surface 20bw on the outlet buffer part 36b side of the fuel gas outlet communication hole 20b, that is, in a direction intersecting with each other. The distance between the first ridge line 36br1 and the wall surface 20bw becomes wider toward the lower side.

入口バッファ部36aと燃料ガス入口連通孔20aとは、複数本の入口連結流路37aにより連通する。出口バッファ部36bと燃料ガス出口連通孔20bとは、複数本の出口連結流路37bにより連通する。入口連結流路37a及び出口連結流路37bは、それぞれの流路のガス流通方向に交差する方向に切断した断面積が同一である。   The inlet buffer portion 36a and the fuel gas inlet communication hole 20a communicate with each other through a plurality of inlet connection channels 37a. The outlet buffer portion 36b and the fuel gas outlet communication hole 20b communicate with each other through a plurality of outlet connection channels 37b. The inlet connection channel 37a and the outlet connection channel 37b have the same cross-sectional area cut in the direction intersecting the gas flow direction of each channel.

複数本の入口連結流路37aは、入口バッファ部36aの中央側(頂点36ae側)の流路長さL5が、前記入口バッファ部36aの端部側(上端側)の流路長さL6よりも短尺に構成される(L5<L6)。複数本の出口連結流路37bは、出口バッファ部36bの中央側(頂点36be側)の流路長さL7が、前記出口バッファ部36bの端部側(下端側)の流路長さL8よりも短尺に構成される(L7<L8)。   In the plurality of inlet connection channels 37a, the channel length L5 on the center side (vertex 36ae side) of the inlet buffer portion 36a is greater than the channel length L6 on the end side (upper end side) of the inlet buffer portion 36a. Is also configured to be short (L5 <L6). In the plurality of outlet connection channels 37b, the channel length L7 on the center side (vertex 36be side) of the outlet buffer portion 36b is greater than the channel length L8 on the end portion side (lower end side) of the outlet buffer portion 36b. Is also configured to be short (L7 <L8).

図1に示すように、アノード側セパレータ16の面16bとカソード側セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体入口連通孔22a、22aと冷却媒体出口連通孔22b、22bとに連通する冷却媒体流路38が形成される。冷却媒体流路38は、電解質膜・電極構造体12の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させるとともに、前記冷却媒体流路38の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部40a及び出口バッファ部40bが設けられる。   As shown in FIG. 1, between the surface 16b of the anode-side separator 16 and the surface 14b of the cathode-side separator 14, cooling that communicates with the cooling medium inlet communication holes 22a, 22a and the cooling medium outlet communication holes 22b, 22b. A medium flow path 38 is formed. The cooling medium flow path 38 circulates the cooling medium over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 12, and the inlet buffer section 40a and the outlet buffer are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the cooling medium flow path 38, respectively. A portion 40b is provided.

アノード側セパレータ16では、冷却媒体流路38は、燃料ガス流路34の裏面形状であり、且つ、入口バッファ部40a及び出口バッファ部40bは、出口バッファ部36b及び入口バッファ部36aの裏面形状として形成される。カソード側セパレータ14では、冷却媒体流路38は、酸化剤ガス流路30の裏面形状であり、且つ、入口バッファ部40a及び出口バッファ部40bは、入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bの裏面形状として形成される。   In the anode-side separator 16, the cooling medium flow path 38 has a back surface shape of the fuel gas flow path 34, and the inlet buffer portion 40a and the outlet buffer portion 40b have the back surface shapes of the outlet buffer portion 36b and the inlet buffer portion 36a. It is formed. In the cathode-side separator 14, the cooling medium flow path 38 has a back surface shape of the oxidant gas flow path 30, and the inlet buffer portion 40a and the outlet buffer portion 40b have back surface shapes of the inlet buffer portion 32a and the outlet buffer portion 32b. Formed as.

冷却媒体入口連通孔22aの近傍には、複数本の入口連結流路41aが設けられるとともに、冷却媒体出口連通孔22bの近傍には、複数本の出口連結流路41bが設けられる。   A plurality of inlet connection channels 41a are provided in the vicinity of the cooling medium inlet communication hole 22a, and a plurality of outlet connection channels 41b are provided in the vicinity of the cooling medium outlet communication hole 22b.

カソード側セパレータ14の面14a、14bには、このカソード側セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材42が一体成形される。アノード側セパレータ16の面16a、16bには、このアノード側セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材44が一体成形される。第1シール部材42及び第2シール部材44としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   A first seal member 42 is integrally formed on the surfaces 14 a and 14 b of the cathode side separator 14 around the outer peripheral edge of the cathode side separator 14. A second seal member 44 is integrally formed on the surfaces 16 a and 16 b of the anode separator 16 so as to go around the outer peripheral edge of the anode separator 16. As the first seal member 42 and the second seal member 44, for example, EPDM, NBR, fluororubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

このように構成される燃料電池11の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 11 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔22aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 20a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22a.

このため、酸化剤ガスは、図1及び図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aから入口連結流路33a及び入口バッファ部32aを通ってカソード側セパレータ14の酸化剤ガス流路30に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路30に沿って矢印B方向(水平方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のカソード電極26に供給される。   Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, the oxidant gas passes from the oxidant gas inlet communication hole 18a through the inlet connection flow path 33a and the inlet buffer portion 32a to the oxidant gas flow path 30 of the cathode side separator 14. To be introduced. The oxidant gas moves in the arrow B direction (horizontal direction) along the oxidant gas flow path 30 and is supplied to the cathode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

一方、燃料ガスは、図4に示すように、燃料ガス入口連通孔20aから入口連結流路37a及び入口バッファ部36aを通ってアノード側セパレータ16の燃料ガス流路34に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路34に沿って水平方向(矢印B方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード電極28に供給される(図1参照)。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the fuel gas is supplied from the fuel gas inlet communication hole 20a to the fuel gas passage 34 of the anode-side separator 16 through the inlet connection passage 37a and the inlet buffer portion 36a. The fuel gas moves in the horizontal direction (arrow B direction) along the fuel gas flow path 34 and is supplied to the anode electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 (see FIG. 1).

従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード電極28に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode electrode 28 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called.

次いで、電解質膜・電極構造体12のカソード電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、図1及び図3に示すように、出口バッファ部32b及び出口連結流路33bから酸化剤ガス出口連通孔18bに沿って矢印A方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体12のアノード電極28に供給されて消費された燃料ガスは、図4に示すように、出口バッファ部36b及び出口連結流路37bから燃料ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, as shown in FIGS. 1 and 3, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged from the outlet buffer portion 32b and the outlet connection channel 33b. The ink is discharged in the direction of arrow A along the communication hole 18b. On the other hand, as shown in FIG. 4, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 passes along the fuel gas outlet communication hole 20b from the outlet buffer portion 36b and the outlet connection passage 37b. And discharged in the direction of arrow A.

また、一対の冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16間の冷却媒体流路38に導入される。冷却媒体は、図1に示すように、一旦矢印C方向(重力方向)内方に沿って流動した後、矢印B方向(水平方向)に移動して電解質膜・電極構造体12を冷却する。この冷却媒体は、矢印C方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   The cooling medium supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22 a is introduced into the cooling medium flow path 38 between the cathode side separator 14 and the anode side separator 16. As shown in FIG. 1, the cooling medium once flows in the direction of arrow C (gravity direction) and then moves in the direction of arrow B (horizontal direction) to cool the electrolyte membrane / electrode structure 12. This cooling medium moves outward in the direction of arrow C, and is then discharged to the pair of cooling medium outlet communication holes 22b.

この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、酸化剤ガス流路30側において、複数本の入口連結流路33aは、入口バッファ部32aの中央側(頂点32ae側)の流路長さL1が、前記入口バッファ部32aの端部側(上端側)の流路長さL2よりも短尺に構成されている(L1<L2)。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, on the oxidant gas flow path 30 side, the plurality of inlet connection flow paths 33a are arranged on the central side (vertex 32ae side) of the inlet buffer portion 32a. The path length L1 is configured to be shorter than the flow path length L2 on the end side (upper end side) of the inlet buffer portion 32a (L1 <L2).

ここで、複数本の入口連結流路33aの流路長さが同一の長さに設定された構造(従来例)と本願構造(本願例)とを用いて、酸化剤ガス流路30に供給される酸化剤ガスの分配状態を比較した。その結果、図5に示すように、従来例の構造では、酸化剤ガス入口連通孔18aから入口バッファ部32aの端部側(上端側)に多量の酸化剤ガス流通してしまい、前記入口バッファ部32aの中央側を流通する酸化剤ガスが少量になっている。   Here, the plurality of inlet connection flow paths 33a are supplied to the oxidant gas flow path 30 using the structure (conventional example) in which the flow path lengths are set to the same length and the present application structure (example of the present application). The distribution of oxidant gas was compared. As a result, as shown in FIG. 5, in the structure of the conventional example, a large amount of oxidant gas flows from the oxidant gas inlet communication hole 18a to the end part side (upper end side) of the inlet buffer part 32a. The amount of oxidant gas flowing through the center of the portion 32a is small.

このため、酸化剤ガス流路30の幅方向上端側(酸化剤ガス入口連通孔18aの近傍)に多量の酸化剤ガスが供給され、発電部の中央部位から下方部位には、少量の酸化剤ガスが供給されるだけである。従って、発電部内に酸化剤ガスが不均一に供給され、耐久性及び発電安定性が低下するという問題がある。   Therefore, a large amount of oxidant gas is supplied to the upper end side in the width direction of the oxidant gas flow path 30 (near the oxidant gas inlet communication hole 18a), and a small amount of oxidant is supplied from the central part to the lower part of the power generation unit. Only gas is supplied. Therefore, there is a problem that the oxidant gas is supplied unevenly in the power generation unit, and durability and power generation stability are deteriorated.

これに対して、本願例では、複数本の入口連結流路33aの中、入口バッファ部32aの中央側である下端側の圧損が、前記入口バッファ部32aの端部側である上端側の圧損よりも小さくなるように構成されている。このため、図6に示すように、入口バッファ部32aの中央側から下部側に供給される酸化剤ガスの流量が、前記入口バッファ部32aの上端側に供給される酸化剤ガスの流量よりも多量になる。   On the other hand, in the example of the present application, the pressure loss on the lower end side, which is the center side of the inlet buffer portion 32a, in the plurality of inlet connection channels 33a is the pressure loss on the upper end side, which is the end portion side of the inlet buffer portion 32a. It is comprised so that it may become smaller. Therefore, as shown in FIG. 6, the flow rate of the oxidant gas supplied from the center side to the lower side of the inlet buffer portion 32a is higher than the flow rate of the oxidant gas supplied to the upper end side of the inlet buffer portion 32a. Become large.

従って、簡単且つ経済的な構成で、酸化剤ガス流路30の全面に亘って酸化剤ガスを均等且つ確実に供給することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the oxidant gas can be supplied uniformly and reliably over the entire surface of the oxidant gas flow path 30 with a simple and economical configuration, and the desired power generation performance can be ensured. can get.

なお、酸化剤ガス出口連通孔18b側では、上記の酸化剤ガス入口連通孔18aと同様に構成されており、同様の効果が得られる。また、燃料ガス流路34では、図4に示すように、酸化剤ガス流路30と同様に構成されており、上記の酸化剤ガス流路30側と同様の効果が得られる。   The oxidant gas outlet communication hole 18b side is configured in the same manner as the oxidant gas inlet communication hole 18a, and the same effect can be obtained. Further, as shown in FIG. 4, the fuel gas flow channel 34 is configured in the same manner as the oxidant gas flow channel 30, and the same effects as those on the oxidant gas flow channel 30 side can be obtained.

さらに、第1の実施形態では、単一の電解質膜・電極構造体12、すなわち、単一のMEAと、カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16、すなわち、2枚のセパレータとにより構成される燃料電池11を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、2つのMEAと3枚のセパレータとで構成される(セパレータ間にMEAを介装)ユニットセルを備え、前記ユニットセル間に構成される冷却媒体流路に適用してもよい。   Further, in the first embodiment, a fuel constituted by a single electrolyte membrane / electrode structure 12, that is, a single MEA, and a cathode separator 14 and an anode separator 16, that is, two separators. Although the battery 11 is used, it is not limited to this. For example, a unit cell constituted by two MEAs and three separators (MEA interposed between separators) may be provided and applied to a cooling medium flow path constituted between the unit cells.

図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するカソード側セパレータ60の正面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10を構成するカソード側セパレータ14と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 7 is an explanatory front view of the cathode-side separator 60 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the cathode separator 14 constituting the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bは、略長方形状を有するとともに、互いに略同一の開口面積を有する。酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aは、略長方形状を有するとともに、互いに略同一の開口面積を有する。   In the second embodiment, the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b have a substantially rectangular shape and have substantially the same opening area. The oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a have a substantially rectangular shape and have substantially the same opening area.

カソード側セパレータ60は、酸化剤ガス流路30の入口近傍及び出口近傍に、それぞれ複数の突起状エンボスを有する入口バッファ部62a及び出口バッファ部62bが設けられる。入口バッファ部62aは、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bの形状に沿って三角形状を有する。酸化剤ガス入口連通孔18aに対向する第1稜線62ar1と、燃料ガス出口連通孔20bに対向する第2稜線62ar2とは、同一長さに設定される。   The cathode separator 60 is provided with an inlet buffer portion 62 a and an outlet buffer portion 62 b each having a plurality of protruding embosses in the vicinity of the inlet and outlet of the oxidant gas flow path 30. The inlet buffer 62a has a triangular shape along the shapes of the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b. The first ridge line 62ar1 facing the oxidant gas inlet communication hole 18a and the second ridge line 62ar2 facing the fuel gas outlet communication hole 20b are set to the same length.

出口バッファ部62bは、酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aの形状に沿って三角形状を有する。酸化剤ガス出口連通孔18bに対向する第1稜線62br1と、燃料ガス入口連通孔20aに対向する第2稜線62br2とは、同一長さに設定される。   The outlet buffer 62b has a triangular shape along the shapes of the oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a. The first ridge line 62br1 facing the oxidant gas outlet communication hole 18b and the second ridge line 62br2 facing the fuel gas inlet communication hole 20a are set to the same length.

複数本の入口連結流路33aは、入口バッファ部62aの中央側(頂点62ae側)の流路長さL1が、前記入口バッファ部62aの端部側(上端側)の流路長さL2よりも短尺に構成される(L1<L2)。複数本の出口連結流路33bは、出口バッファ部62bの中央側(頂点62be側)の流路長さL3が、前記出口バッファ部32bの端部側(下端側)の流路長さL4よりも短尺に構成される(L3<L4)。なお、図示しないが、燃料ガス流路側でも、上記の酸化剤ガス流路30側と同様に構成される。   The plurality of inlet connection flow paths 33a have a flow path length L1 on the center side (vertex 62ae side) of the inlet buffer section 62a that is greater than a flow path length L2 on the end section side (upper end side) of the inlet buffer section 62a. Is also configured to be short (L1 <L2). In the plurality of outlet connection channels 33b, the channel length L3 on the center side (vertex 62be side) of the outlet buffer portion 62b is greater than the channel length L4 on the end side (lower end side) of the outlet buffer portion 32b. Is also configured to be short (L3 <L4). Although not shown, the fuel gas channel side is configured in the same manner as the oxidant gas channel 30 side.

このように構成される第2の実施形態では、入口バッファ部62aの中央側から下部側に供給される酸化剤ガスの流量が、前記入口バッファ部62aの上端側に供給される酸化剤ガスの流量よりも多量になる。   In the second embodiment configured as described above, the flow rate of the oxidant gas supplied from the center side to the lower side of the inlet buffer 62a is the same as that of the oxidant gas supplied to the upper end side of the inlet buffer 62a. Larger than the flow rate.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、酸化剤ガス流路30の全面に亘って酸化剤ガスを均等且つ確実に供給することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   As a result, the oxidant gas can be supplied uniformly and reliably over the entire surface of the oxidant gas flow path 30 with a simple and economical configuration, and the desired power generation performance can be ensured. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、本発明では、複数本の入口連結流路33aは、流路幅又は流路深さを変更することにより、入口バッファ部32aの中央側の圧損を、前記入口バッファ部32aの端部側の圧損よりも小さく設定することができる。同様に、複数本の出口連結流路33bは、流路幅又は流路深さを変更することにより、出口バッファ部32bの中央側の圧損を、前記出口バッファ部32bの端部側の圧損よりも小さく設定することができる。   Further, in the present invention, the plurality of inlet connection flow paths 33a change the flow path width or flow path depth so that the pressure loss on the center side of the inlet buffer section 32a is reduced to the end side of the inlet buffer section 32a. Can be set smaller than the pressure loss. Similarly, the plurality of outlet connection channels 33b change the channel width or channel depth so that the pressure loss on the center side of the outlet buffer unit 32b is less than the pressure loss on the end side of the outlet buffer unit 32b. Can also be set small.

10…燃料電池スタック 11…燃料電池
12…電解質膜・電極構造体 14、60…カソード側セパレータ
16…アノード側セパレータ 18a…酸化剤ガス入口連通孔
18aw、18bw、20aw、20bw…壁面
18b…酸化剤ガス出口連通孔 20a…燃料ガス入口連通孔
20b…燃料ガス出口連通孔 22a…冷却媒体入口連通孔
22b…冷却媒体出口連通孔 24…固体高分子電解質膜
26…カソード電極 28…アノード電極
30…酸化剤ガス流路
32a、36a、40a、62a…入口バッファ部
32ae、32be、36ae、36be…頂点
32ar1、32ar2、32br1、32br2、36ar1、36ar2、36br1、36br2、62ar1、62ar2、62br1、62br2…稜線
32b、36b、40b、62b…出口バッファ部
33a、37a…入口連結流路 33b、37b…出口連結流路
34…燃料ガス流路 38…冷却媒体流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 11 ... Fuel cell 12 ... Electrolyte membrane and electrode structure 14, 60 ... Cathode side separator 16 ... Anode side separator 18a ... Oxidant gas inlet communication hole 18aw, 18bw, 20aw, 20bw ... Wall surface 18b ... Oxidant Gas outlet communication hole 20a ... Fuel gas inlet communication hole 20b ... Fuel gas outlet communication hole 22a ... Cooling medium inlet communication hole 22b ... Cooling medium outlet communication hole 24 ... Solid polymer electrolyte membrane 26 ... Cathode electrode 28 ... Anode electrode 30 ... Oxidation Agent gas flow paths 32a, 36a, 40a, 62a ... inlet buffer portions 32ae, 32be, 36ae, 36be ... apexes 32ar1, 32ar2, 32br1, 32br2, 36ar1, 36ar2, 36br1, 36br2, 62ar1, 62ar2, 62br1, 62br2, ... ridgeline 32b 36b, 40 b, 62b: outlet buffer portions 33a, 37a ... inlet connection flow path 33b, 37b ... outlet connection flow path 34 ... fuel gas flow path 38 ... cooling medium flow path

Claims (5)

電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体と横長形状のセパレータとが積層される燃料電池を有し、前記セパレータの短辺側には、燃料ガス又は酸化剤ガスの一方の反応ガスがセパレータ積層方向に流通される第1反応ガス連通孔と、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスの他方の反応ガスが前記セパレータ積層方向に流通される第2反応ガス連通孔とが設けられるとともに、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記一方の反応ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる反応ガス流路が形成された前記セパレータは、前記反応ガス流路の入口側及び前記反応ガス流路の出口側に連なってそれぞれ三角形状のバッファ部を設ける一方、前記第1反応ガス連通孔と前記バッファ部とを繋げる複数本の連結流路を設け、
前記複数本の連結流路は、前記第1反応ガス連通孔から前記バッファ部へと前記セパレータ面に沿って直接繋がる流路であるとともに、前記バッファ部の中央側の流路長さが、前記バッファ部の端部側の流路長さよりも短尺に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a fuel cell in which a horizontally long separator is laminated, and one reaction of fuel gas or oxidant gas is provided on the short side of the separator. A first reaction gas communication hole through which gas flows in the separator stacking direction and a second reaction gas communication hole through which the other reaction gas of the fuel gas or the oxidant gas flows in the separator stacking direction are provided. A fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
The separator formed with the reaction gas flow path for flowing the one reaction gas in the long side direction along the separator surface is connected to the inlet side of the reaction gas flow path and the outlet side of the reaction gas flow path, respectively. While providing a triangular buffer part, provided a plurality of connecting flow channels connecting the first reaction gas communication hole and the buffer part,
The plurality of connection channels are channels directly connected along the separator surface from the first reaction gas communication hole to the buffer unit, and the channel length on the center side of the buffer unit is A fuel cell stack, characterized in that the fuel cell stack is configured to be shorter than the flow path length on the end side of the buffer section.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記第1反応ガス連通孔の前記バッファ部側の壁面は、該バッファ部の該第1反応ガス連通孔に対向する三角形状の稜線に対して、互いに交差する方向に延在することを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein the wall surface of the buffer portion of the first reactant gas passage, to the triangular ridge opposite to the first reactant gas passage of the buffer portion, intersect with each other A fuel cell stack characterized by extending in a direction to perform. 電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体と横長形状のセパレータとが積層される燃料電池を有し、前記セパレータの短辺側には、燃料ガス又は酸化剤ガスの一方の反応ガスがセパレータ積層方向に流通される第1反応ガス連通孔と、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスの他方の反応ガスが前記セパレータ積層方向に流通される第2反応ガス連通孔とが設けられるとともに、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記一方の反応ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる反応ガス流路が形成された前記セパレータは、前記反応ガス流路の入口側及び前記反応ガス流路の出口側に連なってそれぞれ三角形状のバッファ部を設ける一方、前記第1反応ガス連通孔と前記バッファ部とを繋げる複数本の連結流路を設け、
前記複数本の連結流路は、前記第1反応ガス連通孔から前記バッファ部へと前記セパレータ面に沿って直接繋がる流路であるとともに、前記バッファ部の中央側の圧力損失が、前記バッファ部の端部側の圧力損失よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a fuel cell in which a horizontally long separator is laminated, and one reaction of fuel gas or oxidant gas is provided on the short side of the separator. A first reaction gas communication hole through which gas flows in the separator stacking direction and a second reaction gas communication hole through which the other reaction gas of the fuel gas or the oxidant gas flows in the separator stacking direction are provided. A fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
The separator formed with the reaction gas flow path for flowing the one reaction gas in the long side direction along the separator surface is connected to the inlet side of the reaction gas flow path and the outlet side of the reaction gas flow path, respectively. While providing a triangular buffer part, provided a plurality of connecting flow channels connecting the first reaction gas communication hole and the buffer part,
The plurality of connection channels are channels directly connected along the separator surface from the first reaction gas communication hole to the buffer unit, and pressure loss on the center side of the buffer unit is caused by the buffer unit. The fuel cell stack is set to be smaller than the pressure loss on the end side of the fuel cell.
請求項1又は3記載の燃料電池スタックにおいて、前記第1反応ガス連通孔は、前記バッファ部の前記第1反応ガス連通孔に対向する三角形状の稜線に対して傾斜する略長方形状に形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the first reaction gas communication hole is formed in a substantially rectangular shape that is inclined with respect to a triangular ridge line facing the first reaction gas communication hole of the buffer portion. A fuel cell stack characterized by comprising: 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記第1反応ガス連通孔及び前記第2反応ガス連通孔は、ともに略長方形状を有するとともに、互いに略同一の開口面積を有することを特徴とする燃料電池スタック。5. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the first reaction gas communication hole and the second reaction gas communication hole both have a substantially rectangular shape and have substantially the same opening area. A fuel cell stack comprising:
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