JP6747214B2 - Fuel cell, fuel cell gas flow channel structure, and fuel cell separator - Google Patents

Fuel cell, fuel cell gas flow channel structure, and fuel cell separator Download PDF

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Description

本発明は、定置用(家庭用、産業用)、輸送用または携帯機器用電源として用いられる燃料電池、燃料電池のガス流路構造、及び燃料電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a fuel cell used as a power source for stationary (household, industrial), transportation or portable equipment, a gas channel structure of a fuel cell, and a fuel cell separator.

燃料電池のガス流路構造として、対向櫛形流路(IDFF)が提案されている。対向櫛形流路では、下流端が閉塞されたガス供給流路と、上流端が閉塞されたガス排出流路とが、膜電極接合体のガス拡散層の上に互いに間隔をあけて交互に並設されている。特許文献1は、関連する技術を記載している。 As a gas flow channel structure for a fuel cell, an opposed comb flow channel (IDFF) has been proposed. In the facing comb-shaped flow channel, a gas supply flow channel whose downstream end is blocked and a gas discharge flow channel whose upstream end is blocked are alternately arranged on the gas diffusion layer of the membrane electrode assembly at intervals. It is set up. Patent Document 1 describes a related technique.

対向櫛形流路のガス供給流路に供給されたガスは、ガス供給流路からガス拡散層内に潜りこみ、その内部を面方向に通過した後、隣接するガス排出流路に流入する(以下、このガス拡散層内を通過するガスの流れを「クロスフロー」と称する)。対向櫛形流路では、ガス拡散層内における電極触媒層により近い領域に強制対流を生じさせることで、電極触媒層近傍のガスの濃度勾配を高め、ガス拡散性を向上させることができる。このため、対向櫛形流路は、平行流路やサーペンタイン流路と比べ、比較的良好な発電効率を得ることができる。 The gas supplied to the gas supply flow path of the facing comb-shaped flow path digs into the gas diffusion layer from the gas supply flow path, passes through the inside in the surface direction, and then flows into the adjacent gas discharge flow path (hereinafter , The flow of gas passing through the gas diffusion layer is referred to as "cross flow". In the opposed comb-shaped flow path, forced convection is generated in a region closer to the electrode catalyst layer in the gas diffusion layer, so that the concentration gradient of the gas in the vicinity of the electrode catalyst layer can be increased and the gas diffusibility can be improved. Therefore, the opposed comb-shaped channel can obtain relatively good power generation efficiency as compared with the parallel channel and the serpentine channel.

特開2012−64483号公報JP2012-64483A

しかしながら、上記ガス供給流路に供給されたガスは、当該ガス供給流路を流下する間(クロスフローとしてガス拡散層に潜りこむ前)にも電気化学反応に供されるため、ガス供給流路から流れ出すクロスフローのガスの濃度は、下流側領域ほど低くなる。このため、対向櫛形流路の下流側領域では、ガス拡散性が相対的に低くなり、これが燃料電池の発電効率の向上を妨げていた。 However, since the gas supplied to the gas supply channel is supplied to the electrochemical reaction while flowing down the gas supply channel (before diving into the gas diffusion layer as a cross flow), the gas supply channel The concentration of the cross-flow gas flowing out from the lower side region becomes lower. For this reason, the gas diffusivity is relatively low in the region on the downstream side of the opposed comb-shaped channel, which hinders the improvement of the power generation efficiency of the fuel cell.

本発明の目的は、対向櫛形流路の下流側領域におけるガス拡散性の低下を抑制し、燃料電池の発電効率を向上させることにある。 An object of the present invention is to suppress a decrease in gas diffusibility in the downstream region of the opposed comb-shaped flow path and improve the power generation efficiency of the fuel cell.

本発明の一態様は、各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路抵抗が、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路抵抗より大きく、各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路長さが、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路長さより長い燃料電池のガス流路構造である。
One aspect of the present invention is that the flow path resistance from the upstream end to the downstream end of each gas discharge flow path is more than the flow path resistance from the upstream end to the downstream end of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path. the size rather, the flow path length from the upstream end of the gas discharge channel to the downstream end is longer fuel cell than the flow path length from the upstream end of the gas supply channel adjacent to the gas discharge channel to the downstream end It is a gas flow path structure.

上記ガス流路構造によれば、対向櫛形流路の下流側領域におけるガス拡散性の低下を抑制し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 According to the gas flow channel structure described above, it is possible to suppress a decrease in gas diffusibility in the downstream region of the opposed comb-shaped flow channel and improve the power generation efficiency of the fuel cell.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の燃料電池スタックの側面図である。FIG. 2 is a side view of the fuel cell stack of FIG. 図3は、第1実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cell according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態に係るガス流路構造を備えたセパレータの正面図である。FIG. 4 is a front view of a separator including the gas flow channel structure according to the first embodiment. 図5は、対向櫛形流路の互いに隣接するガス供給流路及びガス排出流路における流路抵抗の関係が、両流路のガスの圧力分布、流路間差圧の分布、及びクロスフローの流量分布に与える影響を模式的に示すグラフである。FIG. 5 shows that the relationship between the flow resistances of the gas supply flow path and the gas discharge flow path adjacent to each other in the opposed comb-shaped flow path is such that the gas pressure distribution in both flow paths, the differential pressure distribution between the flow paths, and the cross flow It is a graph which shows typically the influence which it has on flow distribution. 図6は、第1変形例に係るガス供給流路及びガス排出流路の横断面図である。FIG. 6 is a transverse cross-sectional view of the gas supply passage and the gas discharge passage according to the first modification. 図7は、第2変形例に係るガス供給流路及びガス排出流路の横断面図である。FIG. 7 is a transverse cross-sectional view of a gas supply passage and a gas discharge passage according to the second modification. 図8は、第3変形例に係るガス排出流路の縦断面図である。FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the gas exhaust flow path according to the third modification. 図9は、第4変形例に係るガス流路構造を備えたセパレータの正面図である。FIG. 9: is a front view of the separator provided with the gas flow path structure which concerns on a 4th modification. 図10は、第2実施形態に係るガス流路構造を備えたセパレータの正面図である。FIG. 10 is a front view of a separator including the gas flow channel structure according to the second embodiment. 図11は、第3実施形態に係るガス流路構造を備えたセパレータの正面図である。FIG. 11 is a front view of a separator including the gas flow channel structure according to the third embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について説明する。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る燃料電池スタックSは、積層方向Xに積層された複数の燃料電池セル1と、一対の集電プレート2と、一対の絶縁プレート3と、一対のエンドプレート4と、4本のテンションロッド5とを備えている。
<First Embodiment>
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack S according to the first embodiment has a plurality of fuel cells 1 stacked in the stacking direction X, a pair of current collecting plates 2, and a pair of insulating plates 3. And a pair of end plates 4 and four tension rods 5.

一対の集電プレート2は、複数の燃料電池セル1の積層方向X外側にそれぞれ配置されている。各集電プレート2は、例えば緻密質カーボンなど、ガス不透過性の導電性材料から形成されており、その外周縁には、出力端子2aが形成されている。複数の燃料電池セル1によって発電された電力は、この出力端子2aから取り出される。 The pair of current collecting plates 2 are arranged outside the stacking direction X of the plurality of fuel cells 1, respectively. Each current collecting plate 2 is formed of a gas impermeable conductive material such as dense carbon, and an output terminal 2a is formed on the outer peripheral edge thereof. The electric power generated by the plurality of fuel cells 1 is taken out from the output terminal 2a.

各集電プレート2の積層方向X外側には、絶縁プレート3がそれぞれ配置されている。絶縁プレート3は、例えばゴムなど、絶縁性の材料から形成されている。各絶縁プレート3の積層方向X外側には、エンドプレート4がそれぞれ配置されている。エンドプレート4は、例えば鋼など、高剛性の材料から形成されている。 An insulating plate 3 is arranged outside each current collecting plate 2 in the stacking direction X. The insulating plate 3 is made of an insulating material such as rubber. The end plates 4 are arranged outside the insulating plates 3 in the stacking direction X. The end plate 4 is made of a highly rigid material such as steel.

積層方向X一側(図中右側)のエンドプレート4と絶縁プレート3との間には、積層方向Xの内側から順に、サブエンドプレート6と、例えば皿バネなどの弾性部材7とが配置されている。 A sub-end plate 6 and an elastic member 7 such as a disc spring are arranged in this order from the inner side in the stacking direction X between the end plate 4 and the insulating plate 3 on one side in the stacking direction X (right side in the drawing). ing.

積層方向X他側(図中左側)のエンドプレート4の長手方向Yの一側端部には、燃料ガス供給ポート4aと、酸化剤ガス供給ポート4bと、冷媒供給ポート4cとが設けられている。一方、長手方向Yの他側端部には、燃料ガス排出ポート4dと、酸化剤ガス排出ポート4eと、冷媒排出ポート4fとが設けられている。燃料ガス供給ポート4aには、例えば水素含有ガスなどの燃料ガスが供給される。酸化剤ガス供給ポート4bには、例えば空気などの酸化剤ガスが供給される。冷媒供給ポート4cには、例えば冷却水が供給される。 A fuel gas supply port 4a, an oxidant gas supply port 4b, and a refrigerant supply port 4c are provided at one end of the longitudinal direction Y of the end plate 4 on the other side (left side in the drawing) in the stacking direction X. There is. On the other hand, a fuel gas exhaust port 4d, an oxidant gas exhaust port 4e, and a refrigerant exhaust port 4f are provided at the other end of the longitudinal direction Y. Fuel gas such as hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply port 4a. An oxidant gas such as air is supplied to the oxidant gas supply port 4b. Cooling water, for example, is supplied to the coolant supply port 4c.

エンドプレート4の四隅には、複数の燃料電池セル1を積層方向Xに貫通する4つの貫通孔が設けられ、この貫通孔に各テンションロッド5がそれぞれ挿通されている。テンションロッド5のねじ部5aには、ナット5bが螺合して締め付けられており、これにより、エンドプレート4間に配置された複数の燃料電池セル1に対して積層方向Xの圧力が付与されている。テンションロッド5及びナット5bは、例えば鋼など、高剛性の材料から形成されている。テンションロッド5の表面は、燃料電池セル1同士の間、燃料電池セル1と集電プレート2との間など、電位の異なる要素同士の間の短絡を防止するべく、絶縁処理が施されている。 At the four corners of the end plate 4, four through holes that penetrate the plurality of fuel cells 1 in the stacking direction X are provided, and the tension rods 5 are inserted into the through holes, respectively. A nut 5b is screwed and fastened to the threaded portion 5a of the tension rod 5, whereby a pressure in the stacking direction X is applied to the fuel cells 1 arranged between the end plates 4. ing. The tension rod 5 and the nut 5b are made of a highly rigid material such as steel. The surface of the tension rod 5 is subjected to an insulation treatment in order to prevent a short circuit between elements having different potentials such as between the fuel cells 1 and between the fuel cells 1 and the current collector plate 2. ..

各燃料電池セル1(燃料電池)は、図3に示すように、膜電極接合体10と、これを両面から挟持するアノード側のセパレータ11及びカソード側のセパレータ12と、を備えている。 As shown in FIG. 3, each fuel cell 1 (fuel cell) includes a membrane electrode assembly 10, and an anode-side separator 11 and a cathode-side separator 12 that sandwich the membrane-electrode assembly 10 from both sides.

膜電極接合体10は、電解質膜13と、その両面上に形成されたアノード側の電極触媒層14及びカソード側の電極触媒層14と、各電極触媒層14に隣接して設けられたアノード側のガス拡散層15及びカソード側のガス拡散層15とから構成されている。 The membrane electrode assembly 10 includes an electrolyte membrane 13, an anode-side electrode catalyst layer 14 and a cathode-side electrode catalyst layer 14 formed on both surfaces of the electrolyte membrane 13, and an anode side provided adjacent to each electrode catalyst layer 14. The gas diffusion layer 15 and the gas diffusion layer 15 on the cathode side.

電解質膜13は、例えばフッ素系樹脂などからなるイオン交換膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す。 The electrolyte membrane 13 is an ion exchange membrane made of, for example, a fluorine resin, and exhibits good proton conductivity in a wet state.

電極触媒層14は、例えば、白金(Pt)、或いはPtと他の金属とから成る合金(例えばコバルトやニッケルを混合したPt合金)をカーボン担体粒子上に担持させた金属触媒、電解質粒子(アイオノマ)及び撥水剤からなる混合層である。電極触媒層14は、電解質膜13上にホットプレス又は直接噴霧することで形成される。 The electrode catalyst layer 14 is made of, for example, platinum (Pt) or an alloy of Pt and another metal (for example, a Pt alloy in which cobalt or nickel is mixed) supported on carbon carrier particles, and electrolyte particles (ionomer). ) And a water-repellent agent. The electrode catalyst layer 14 is formed on the electrolyte membrane 13 by hot pressing or direct spraying.

ガス拡散層15は、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、或いは金属メッシュや発泡金属などの金属多孔質体からなる、ガス透過性を有する導電性部材である。ガス拡散層15は、そのセパレータ11,12に接する面の略全域において略均一な通気抵抗(透気度)を有している。 The gas diffusion layer 15 is a conductive member having gas permeability, which is made of, for example, a carbon porous body such as carbon cloth or carbon paper, or a metal porous body such as a metal mesh or foam metal. The gas diffusion layer 15 has a substantially uniform ventilation resistance (air permeability) over substantially the entire area of the surface in contact with the separators 11 and 12.

セパレータ11,12は、例えば、緻密質カーボンやプレス成形した金属板など、ガス不透過性の導電性部材から形成されている。 The separators 11 and 12 are formed of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or a press-molded metal plate.

図3に示すように、セパレータ11のガス拡散層15に接する面には、当該ガス拡散層15とともに燃料ガスの流路を画成する溝状の燃料ガス流路20が形成されている。燃料ガス流路20が形成された面と反対側の面には、冷媒の流路となる溝状の冷媒流路30が形成されている。また、セパレータ12のガス拡散層15に接する面には、当該ガス拡散層15とともに酸化剤ガスの流路を画成する溝状の酸化剤ガス流路40が形成されている。なお、冷媒流路30は、セパレータ12の酸化剤ガス流路40が形成された面と反対側の面に形成してもよく、セパレータ11,12の互いに直接対向する面の両方に形成してもよい。 As shown in FIG. 3, a groove-shaped fuel gas flow channel 20 that defines a fuel gas flow channel together with the gas diffusion layer 15 is formed on the surface of the separator 11 in contact with the gas diffusion layer 15. A groove-shaped coolant channel 30 serving as a coolant channel is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel gas channel 20 is formed. In addition, a groove-shaped oxidant gas flow path 40 that defines a flow path for the oxidant gas together with the gas diffusion layer 15 is formed on the surface of the separator 12 that contacts the gas diffusion layer 15. The coolant channel 30 may be formed on the surface of the separator 12 opposite to the surface on which the oxidant gas channel 40 is formed, or on both surfaces of the separators 11 and 12 that directly face each other. Good.

図4に示すように、セパレータ12の長手方向Yの一側(図中左側)端部には、燃料ガスのガス供給口A1と、酸化剤ガスのガス供給口B1と、冷媒供給口C1とが、セパレータ12の幅方向Zに、この順に並んで設けられている。また、セパレータ12の長手方向Yの他側(図中右側)端部には、燃料ガスのガス排出口A2と、酸化剤ガスのガス排出口B2と、冷媒排出口C2とが、セパレータ12の幅方向Zに、この順に並んで設けられている。なお、図示は省略するが、セパレータ11にも、ガス供給口A1,B1と、冷媒供給口C1と、ガス排出口A2,B2と、冷媒排出口C2とが、セパレータ12のそれらと線対称の配置で設けられている。 As shown in FIG. 4, at one end (left side in the drawing) of the separator 12 in the longitudinal direction Y, a gas supply port A1 for fuel gas, a gas supply port B1 for oxidant gas, and a coolant supply port C1 are provided. Are arranged side by side in this order in the width direction Z of the separator 12. Further, at the other end (right side in the drawing) of the longitudinal direction Y of the separator 12, a gas exhaust port A2 for fuel gas, a gas exhaust port B2 for oxidant gas, and a refrigerant exhaust port C2 are provided. They are arranged side by side in this order in the width direction Z. Although not shown, the gas supply ports A1 and B1, the coolant supply port C1, the gas discharge ports A2 and B2, and the coolant discharge port C2 of the separator 11 are line-symmetrical to those of the separator 12. It is provided in an arrangement.

燃料ガスのガス供給口A1及びガス排出口A2は、それぞれ燃料電池スタックS内において積層方向Xに延在する燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス排出マニホールドを構成している。酸化剤ガスのガス供給口B1及びガス排出口B2は、それぞれ燃料電池スタックS内において積層方向Xに延在する酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドを構成している。冷媒供給口C1及び冷媒排出口C2は、それぞれ燃料電池スタックS内において積層方向Xに延在する冷媒供給マニホールド及び冷媒排出マニホールドを構成している。また、燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス排出マニホールドは、それぞれ燃料ガス供給ポート4a及び燃料ガス排出ポート4dに連通している。酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドは、それぞれ酸化剤ガス供給ポート4b及び酸化剤ガス排出ポート4eに連通している。冷媒供給マニホールド及び冷媒排出マニホールドは、それぞれ冷媒供給ポート4c及び冷媒排出ポート4fに連通している。 The gas supply port A1 and the gas discharge port A2 of the fuel gas respectively configure a fuel gas supply manifold and a fuel gas discharge manifold extending in the stacking direction X in the fuel cell stack S. The gas supply port B1 and the gas discharge port B2 for the oxidant gas respectively configure an oxidant gas supply manifold and an oxidant gas discharge manifold extending in the stacking direction X in the fuel cell stack S. The coolant supply port C1 and the coolant discharge port C2 respectively form a coolant supply manifold and a coolant discharge manifold extending in the stacking direction X in the fuel cell stack S. Further, the fuel gas supply manifold and the fuel gas discharge manifold communicate with the fuel gas supply port 4a and the fuel gas discharge port 4d, respectively. The oxidant gas supply manifold and the oxidant gas discharge manifold communicate with the oxidant gas supply port 4b and the oxidant gas discharge port 4e, respectively. The coolant supply manifold and the coolant discharge manifold communicate with the coolant supply port 4c and the coolant discharge port 4f, respectively.

燃料ガス供給ポート4aに供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを通り、各セパレータ12のガス供給口A1から各燃料ガス流路20に分岐して流入し、電気化学反応に供される。その後、燃料ガスは、ガス排出口A2を出て、燃料ガス排出マニホールドに集合し、燃料ガス排出ポート4dを介して、燃料電池スタックSから排出される。 The fuel gas supplied to the fuel gas supply port 4a passes through the fuel gas supply manifold, branches from the gas supply port A1 of each separator 12 into each fuel gas passage 20, and is supplied to the electrochemical reaction. After that, the fuel gas exits the gas exhaust port A2, gathers in the fuel gas exhaust manifold, and is exhausted from the fuel cell stack S via the fuel gas exhaust port 4d.

また、酸化剤ガス供給ポート4bに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールドを通り、各セパレータ11のガス供給口B1から各酸化剤ガス流路40に分岐して流入し、電気化学反応に供される。その後、酸化剤ガスは、ガス排出口B2を出て、酸化剤ガス排出マニホールドに集合し、酸化剤ガス排出ポート4eを介して、燃料電池スタックSから排出される。 Further, the oxidant gas supplied to the oxidant gas supply port 4b passes through the oxidant gas supply manifold, branches from the gas supply port B1 of each separator 11 into each oxidant gas flow channel 40, and flows into the electrochemical gas. Subject to the reaction. Then, the oxidant gas exits the gas exhaust port B2, gathers in the oxidant gas exhaust manifold, and is exhausted from the fuel cell stack S via the oxidant gas exhaust port 4e.

さらに、冷媒供給ポート4cに供給された冷媒は、冷媒供給マニホールドを通り、各セパレータ11,12の冷媒供給口C1から各冷媒流路30に分岐して流入し、燃料電池セル1と熱交換を行う。その後、冷媒は、冷媒排出口C2を出て、冷媒排出マニホールドに集合し、冷媒排出ポート4fを介して、燃料電池スタックSから排出される。 Further, the refrigerant supplied to the refrigerant supply port 4c passes through the refrigerant supply manifold, branches from the refrigerant supply port C1 of each separator 11, 12 into each refrigerant flow passage 30, and flows into the refrigerant flow path 30 to exchange heat with the fuel cell unit 1. To do. Then, the refrigerant exits the refrigerant outlet C2, collects in the refrigerant exhaust manifold, and is exhausted from the fuel cell stack S via the refrigerant exhaust port 4f.

なお、図示は省略するが、各燃料電池セル1の外周部には、燃料ガスが流れる領域、酸化剤ガスが流れる領域、及び冷媒が流れる領域をそれぞれシールするためのシール材が設けられている。 Although illustration is omitted, the outer peripheral portion of each fuel cell 1 is provided with a sealing material for sealing a region through which the fuel gas flows, a region through which the oxidant gas flows, and a region through which the refrigerant flows. ..

本実施形態に係るガス流路構造について、セパレータ12に形成された酸化剤ガス流路40を例にとって説明する。なお、セパレータ11に形成された燃料ガス流路20は、ガス供給口及びガス排出口A1,A2の位置が酸化剤ガス流路40のガス供給口及びガス排出口B1,B2と異なるが、他の構成は同様であるので、ここでは説明を省略する。 The gas flow channel structure according to this embodiment will be described by taking the oxidant gas flow channel 40 formed in the separator 12 as an example. In the fuel gas passage 20 formed in the separator 11, the positions of the gas supply ports and the gas discharge ports A1 and A2 are different from the gas supply ports and the gas discharge ports B1 and B2 of the oxidant gas flow channel 40. Since the configuration is the same, the description is omitted here.

図4に示すように、酸化剤ガス流路40は、略櫛歯形状のガス供給側流路50と略櫛歯形状のガス排出側流路60とからなる対向櫛形流路(IDFF)を構成している。ガス供給側流路50とガス排出側流路60とは、両流路50,60の溝の間に形成されたリブRによって仕切られて、互いに分離されている。すなわち、セパレータ12のガス拡散層15に接する面において、両流路50,60の領域は重複しておらず、ガス供給側流路50の内部空間とガス排出側流路60の内部空間とは、互いにガス拡散層15を介してのみ連通している。 As shown in FIG. 4, the oxidant gas flow channel 40 constitutes an opposed comb-shaped flow channel (IDFF) including a substantially comb-tooth-shaped gas supply-side flow channel 50 and a substantially comb-tooth-shaped gas discharge-side flow channel 60. doing. The gas supply side flow passage 50 and the gas discharge side flow passage 60 are separated from each other by a rib R formed between the grooves of the both flow passages 50 and 60. That is, in the surface of the separator 12 in contact with the gas diffusion layer 15, the regions of the flow paths 50 and 60 do not overlap, and the internal space of the gas supply side flow path 50 and the internal space of the gas discharge side flow path 60 are , Only communicate with each other through the gas diffusion layer 15.

ガス供給側流路50は、ガス供給口B1と、ヘッダ流路51と、複数のガス供給流路52とを備えている。ヘッダ流路51は、ガス供給口B1に連通して、セパレータ12の幅方向Zに延在している。複数のガス供給流路52は、各々、ヘッダ流路51から分岐して、セパレータ12の長手方向Yに略平行に、略直線状に延在している。 The gas supply side flow path 50 includes a gas supply port B1, a header flow path 51, and a plurality of gas supply flow paths 52. The header flow path 51 communicates with the gas supply port B1 and extends in the width direction Z of the separator 12. Each of the plurality of gas supply channels 52 branches from the header channel 51 and extends in a substantially straight line substantially parallel to the longitudinal direction Y of the separator 12.

ガス排出側流路60は、ガス排出口B2と、ヘッダ流路61と、複数のガス排出流路62とを備えている。ヘッダ流路61は、ガス排出口B2に連通して、セパレータ12の幅方向Zに延在している。複数のガス排出流路62は、各々、ヘッダ流路61から分岐して、セパレータ12の長手方向Yに略平行に、略直線状に延在している。 The gas discharge side flow path 60 includes a gas discharge port B2, a header flow path 61, and a plurality of gas discharge flow paths 62. The header flow path 61 communicates with the gas outlet B2 and extends in the width direction Z of the separator 12. Each of the plurality of gas discharge channels 62 branches from the header channel 61 and extends in a substantially straight line substantially parallel to the longitudinal direction Y of the separator 12.

ガス供給流路52及びガス排出流路62は、セパレータ12の幅方向Zに互いに間隔をあけて交互に並設されている。ガス供給流路52の上流端52aは、ヘッダ流路51を介してガス供給口B1に連通し、下流端52bは、閉塞されている。一方、ガス排出流路62の上流端62aは、閉塞され、下流端62bは、ヘッダ流路61を介してガス排出口B2に連通している。各ガス供給流路52の上流端52aは、当該ガス供給流路52に隣接するガス排出流路62の上流端62a近傍に位置している。また、各ガス排出流路62の下流端62bは、当該ガス排出流路62に隣接するガス供給流路52の下流端52b近傍に位置している。図4に示すように、ガス供給流路52の上流端52aは、そのガス供給流路52に隣接するガス排出流路62の上流端62a同士を結ぶ直線上に位置している部位として定義してよい。また、ガス排出流路62の下流端62bは、そのガス排出流路62に隣接するガス供給流路52の下流端52b同士を結ぶ直線上に位置している部位として定義してよい。或いは、ガス供給流路52の下流端52bがヘッダ流路61に近接している場合は、ヘッダ流路61からの分岐点をガス排出流路62の下流端62bとしてもよい。また、ガス排出流路62の上流端62aがヘッダ流路51に近接している場合は、ヘッダ流路51からの分岐点をガス供給流路52の上流端52aとしてもよい。 The gas supply flow paths 52 and the gas discharge flow paths 62 are alternately arranged in the width direction Z of the separator 12 at intervals. The upstream end 52a of the gas supply flow path 52 communicates with the gas supply port B1 via the header flow path 51, and the downstream end 52b is closed. On the other hand, the upstream end 62 a of the gas discharge flow channel 62 is closed, and the downstream end 62 b communicates with the gas discharge port B 2 via the header flow channel 61. The upstream end 52a of each gas supply passage 52 is located near the upstream end 62a of the gas discharge passage 62 adjacent to the gas supply passage 52. The downstream end 62b of each gas discharge flow path 62 is located near the downstream end 52b of the gas supply flow path 52 adjacent to the gas discharge flow path 62. As shown in FIG. 4, the upstream end 52a of the gas supply channel 52 is defined as a portion located on a straight line connecting the upstream ends 62a of the gas discharge channels 62 adjacent to the gas supply channel 52. You may Further, the downstream end 62b of the gas exhaust flow channel 62 may be defined as a portion located on a straight line connecting the downstream ends 52b of the gas supply flow channels 52 adjacent to the gas exhaust flow channel 62. Alternatively, when the downstream end 52b of the gas supply flow channel 52 is close to the header flow channel 61, the branch point from the header flow channel 61 may be the downstream end 62b of the gas discharge flow channel 62. When the upstream end 62a of the gas discharge flow channel 62 is close to the header flow channel 51, the branch point from the header flow channel 51 may be the upstream end 52a of the gas supply flow channel 52.

本明細書では、ガス供給流路52の上流端52aから下流端52bに向かう方向、或いはガス排出流路62の上流端62aから下流端62bに向かう方向を「主流れ方向FD」と称する。本実施形態の対向櫛形流路では、主流れ方向FDは、セパレータ12の長手方向Yに略平行であり、各上流端52a,62aの主流れ方向FDにおける位置は揃っており、各下流端52b,62bの主流れ方向FDにおける位置も揃っている。ガス供給流路52及びガス排出流路62は、各々、主流れ方向FDに沿って直線状に延びているので、各流路52,62の主流れ方向FDにおける流路長さも等しい。 In this specification, the direction from the upstream end 52a of the gas supply flow path 52 to the downstream end 52b or the direction from the upstream end 62a of the gas discharge flow path 62 to the downstream end 62b is referred to as a "main flow direction FD". In the opposed comb-shaped flow path of the present embodiment, the main flow direction FD is substantially parallel to the longitudinal direction Y of the separator 12, the upstream ends 52a and 62a are aligned in the main flow direction FD, and the downstream ends 52b are aligned. , 62b are aligned in the main flow direction FD. Since the gas supply flow path 52 and the gas discharge flow path 62 each extend linearly along the main flow direction FD, the flow paths 52 and 62 have the same flow path length in the main flow direction FD.

酸化剤ガス流路40に流入した酸化剤ガスは、ヘッダ流路51を介して、各ガス供給流路52に分配される。各ガス供給流路52に供給されたガスは、図3に矢印で示すように、ガス供給流路52におけるガスの圧力とガス排出流路62におけるガスの圧力との差(以下、「流路間差圧」と称する)により、ガス拡散層15内に導かれる。ガス拡散層15内に入った酸化剤ガスの一部は、リブR下のガス拡散層15を通過する際に、電極触媒層14に供給され、電気化学反応に寄与する。電気化学反応に寄与した酸化剤ガスは、流路間差圧により強制的にガス排出流路62に押し出され、ヘッダ流路61を介して、ガス排出口B2から排出される。なお、燃料ガス流路20に流入した燃料ガスも、酸化剤ガスと同様に、ガス拡散層15内を強制対流し(図3の矢印参照)、電気化学反応に寄与した後、ガス排出口A2から排出される。 The oxidant gas flowing into the oxidant gas channel 40 is distributed to each gas supply channel 52 via the header channel 51. The gas supplied to each of the gas supply channels 52 has a difference between the pressure of the gas in the gas supply channel 52 and the pressure of the gas in the gas discharge channel 62 (hereinafter, referred to as “flow channel”, as indicated by an arrow in FIG. 3). It is introduced into the gas diffusion layer 15 by the "pressure difference". Part of the oxidant gas that has entered the gas diffusion layer 15 is supplied to the electrode catalyst layer 14 when passing through the gas diffusion layer 15 under the rib R, and contributes to the electrochemical reaction. The oxidant gas that has contributed to the electrochemical reaction is forcibly pushed out to the gas discharge flow channel 62 by the pressure difference between the flow channels, and is discharged from the gas discharge port B2 via the header flow channel 61. The fuel gas that has flowed into the fuel gas flow path 20 is also forced to convection in the gas diffusion layer 15 (see the arrow in FIG. 3) and contributes to the electrochemical reaction, and then the gas exhaust port A2. Discharged from.

本実施形態では、各ガス排出流路62の上流端62aから下流端62bまでの流路抵抗は、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の上流端52aから下流端52bまでの流路抵抗より大きい。ここで、流路抵抗とは、その流路内を流体が流れるときの流れにくさを表す指標である。所定の流体を所定の条件(温度、圧力、流量など)で流したときに、入口と出口における圧力の差(圧力損失)が大きい流路ほど、流路抵抗は大きい。流路抵抗は、流路の摩擦係数(摩擦損失係数)や損失係数(形状損失係数)などの合計値から評価することができ、また、数値計算や実験を通じて求めることもできる。 In the present embodiment, the flow path resistance from the upstream end 62a to the downstream end 62b of each gas discharge flow path 62 is from the upstream end 52a to the downstream end 52b of each gas supply flow path 52 adjacent to the gas discharge flow path 62. Greater than the flow path resistance of. Here, the flow path resistance is an index representing the difficulty of flow when the fluid flows in the flow path. When a predetermined fluid is flown under a predetermined condition (temperature, pressure, flow rate, etc.), the flow path resistance is larger as the flow path has a larger pressure difference (pressure loss) between the inlet and the outlet. The flow path resistance can be evaluated from the total value of the friction coefficient (friction loss coefficient) and the loss coefficient (shape loss coefficient) of the flow path, and can also be obtained through numerical calculation and experiment.

具体的には、図4に示すように、各ガス排出流路62の上流端62aから下流端62bまでの範囲の流路幅W1は、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の上流端52aから下流端52bまでの範囲の流路幅W2より小さい。一方、流路(溝)の深さは、図3に示すように、ガス供給流路52とガス排出流路62とで等しい。これにより、各ガス排出流路62の流路断面積が、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の流路断面積より小さくなっている。 Specifically, as shown in FIG. 4, the flow passage width W1 in the range from the upstream end 62a to the downstream end 62b of each gas discharge flow passage 62 is determined by the respective gas supply flow passages adjacent to the gas discharge flow passage 62. It is smaller than the flow passage width W2 in the range from the upstream end 52a to the downstream end 52b of 52. On the other hand, the depths of the flow channels (grooves) are equal in the gas supply flow channel 52 and the gas discharge flow channel 62, as shown in FIG. As a result, the flow passage cross-sectional area of each gas discharge flow passage 62 is smaller than the flow passage cross-sectional area of each gas supply flow passage 52 adjacent to the gas discharge flow passage 62.

対向櫛形流路におけるクロスフローの流量は、流路間差圧の大きさに応じて変化する。特に、ガス供給流路とガス排出流路とを連通するガス拡散層の通気抵抗が、対向櫛形流路の上流側領域から下流側領域に亘って略均一である場合、主流れ方向FDにおけるクロスフローの流量分布は、主流れ方向FDにおける流路間差圧と同様の分布となる。 The flow rate of the cross flow in the facing comb-shaped flow passage changes according to the magnitude of the differential pressure between the flow passages. In particular, when the gas diffusion layer communicating between the gas supply flow path and the gas discharge flow path has a substantially uniform ventilation resistance from the upstream side region to the downstream side region of the opposing comb-shaped flow path, the cross in the main flow direction FD. The flow rate distribution of the flow is the same as the pressure difference between the flow paths in the main flow direction FD.

図5は、対向櫛形流路の互いに隣接するガス供給流路及びガス排出流路における流路抵抗の関係が、流路間差圧の分布、すなわち、クロスフローの流量分布に与える影響を模式的に示している。(a)のグラフは、互いに隣接するガス供給流路及びガス排出流路の各々の主流れ方向FDにおける圧力分布を示し、(b)のグラフは、両流路間のクロスフローの主流れ方向FDにおける流量分布を示す。これらのグラフにおいて、破曲線は、ガス排出流路の流路抵抗とこれに隣接するガス供給流路の流路抵抗とが等しい場合を示し、実曲線は、ガス排出流路の流路抵抗がこれに隣接するガス供給流路の流路抵抗より大きい場合を示す。なお、(a)のグラフでは、両流路の流路抵抗が等しい場合(破曲線)と異なる場合(実曲線)との比較を容易にするため、ガス供給流路の上流端における圧力を揃えて表示している。また、(a)において、流路間差圧の大きさは、破曲線同士の縦軸方向の間隔、或いは実曲線同士の縦軸方向の間隔として表示されている。 FIG. 5 is a schematic diagram showing how the relationship between the flow path resistances in the gas supply flow path and the gas discharge flow path adjacent to each other in the opposed comb-shaped flow path affects the distribution of the differential pressure between the flow paths, that is, the flow rate distribution of the cross flow. Is shown in. The graph of (a) shows the pressure distribution in the main flow direction FD of each of the gas supply flow path and the gas discharge flow path adjacent to each other, and the graph of (b) shows the main flow direction of the cross flow between both flow paths. The flow distribution in FD is shown. In these graphs, the broken curve shows the case where the flow path resistance of the gas discharge flow path and the flow path resistance of the gas supply flow path adjacent thereto are equal, and the solid curve shows the flow path resistance of the gas discharge flow path. The case where the flow path resistance of the gas supply flow path adjacent to this is larger than that is shown. In the graph of (a), the pressures at the upstream ends of the gas supply channels are made uniform in order to facilitate comparison between cases where the flow path resistances of both flow paths are equal (broken curve) and different cases (real curve). Is displayed. Further, in (a), the magnitude of the differential pressure between the flow paths is displayed as the space between the broken curves in the vertical direction or the space between the real curves in the vertical direction.

(a)に破曲線で示すように、ガス排出流路の流路抵抗が隣接するガス供給流路の流路抵抗と等しい場合、流路間差圧の大きさは、上流側領域と下流側領域とで略等しくなる。このため、上流側領域におけるクロスフローの流量は、(b)に破曲線で示すように、下流側領域におけるクロスフローの流量と略等しくなる。 As indicated by a broken curve in (a), when the flow path resistance of the gas discharge flow path is equal to the flow path resistance of the adjacent gas supply flow path, the magnitude of the differential pressure between the flow paths is determined by the upstream region and the downstream side. It is almost equal to the area. Therefore, the flow rate of the cross flow in the upstream region is substantially equal to the flow rate of the cross flow in the downstream region, as shown by the broken curve in (b).

一方、ガス排出流路の流路抵抗が隣接するガス供給流路の流路抵抗より大きい場合、(a)に実曲線で示すように、上流側領域の流路間差圧は、下流側領域の流路間差圧よりも小さくなる。このため、クロスフローの流量は、(b)に実曲線で示すように、上流側領域より下流側領域で大きくなる。 On the other hand, when the flow path resistance of the gas discharge flow path is larger than the flow path resistance of the adjacent gas supply flow path, as shown by the solid curve in (a), the flow path differential pressure in the upstream region is It becomes smaller than the differential pressure between the channels. Therefore, the flow rate of the cross flow becomes larger in the downstream region than in the upstream region, as shown by the solid curve in (b).

本実施形態では、上述の通り、ガス排出流路62の流路抵抗が、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の流路抵抗より大きいので、前者が後者以下である場合と比較して、流路間差圧が、上流側領域でより小さく、下流側領域でより大きくなる。従って、本実施形態によれば、クロスフローの流量を上流側領域で減少させつつ、下流側領域で増大させることができ、これにより下流側領域におけるガス拡散性の低下を抑制して、燃料電池の発電効率を向上させることができる。なお、図4では、クロスフローの流量の大きさを、矢印の大きさで示している。 In the present embodiment, as described above, since the flow channel resistance of the gas discharge flow channel 62 is higher than the flow channel resistance of each gas supply flow channel 52 adjacent to the gas discharge flow channel 62, the former is equal to or less than the latter. The pressure difference between the flow paths is smaller in the upstream region and larger in the downstream region as compared with. Therefore, according to the present embodiment, the flow rate of the cross flow can be decreased in the upstream area and increased in the downstream area, thereby suppressing a decrease in gas diffusivity in the downstream area and reducing the fuel cell. The power generation efficiency of can be improved. In addition, in FIG. 4, the magnitude of the flow rate of the cross flow is shown by the magnitude of the arrow.

また、燃料電池セル1のような固体高分子型燃料電池は、低加湿条件下で運転すると、対向櫛形流路の上流側領域で膜電極接合体が乾燥し、電解質膜のプロトン伝導性が低下して、発電性能が低下する傾向がある。一方、高加湿条件下や高電流密度条件下で運転すると、下流側領域で、生成水または加湿蒸気の凝縮水等の液水がガス拡散層内に滞留し、ガスの拡散が阻害されて、発電性能が低下する傾向がある。 In addition, when the polymer electrolyte fuel cell such as the fuel cell 1 is operated under low humidification conditions, the membrane electrode assembly is dried in the upstream region of the opposing comb-shaped channel, and the proton conductivity of the electrolyte membrane is reduced. Then, the power generation performance tends to decrease. On the other hand, when operating under high humidification conditions or high current density conditions, in the downstream region, liquid water such as generated water or condensed water of humidified vapor stays in the gas diffusion layer, and diffusion of gas is hindered. Power generation performance tends to decrease.

本実施形態によれば、上述の通り、クロスフローの流量を上流側領域で減少させつつ、下流側領域で増大させることができる。このため、上流側領域における膜電極接合体10の乾燥を抑えるとともに、下流側領域におけるガス拡散層15内の液水の滞留を防止してガスの拡散性を確保することができる。これにより、燃料電池セル1の発電性能を向上させることができる。 According to the present embodiment, as described above, the flow rate of the cross flow can be decreased in the upstream area and increased in the downstream area. Therefore, it is possible to suppress the drying of the membrane electrode assembly 10 in the upstream region and prevent the liquid water from staying in the gas diffusion layer 15 in the downstream region to ensure the gas diffusibility. Thereby, the power generation performance of the fuel cell unit 1 can be improved.

また、本実施形態では、ガス排出流路62の流路断面積をガス供給流路52の流路断面積より小さくした。これにより、簡易な構造で、ガス排出流路62の流路抵抗を隣接する各ガス供給流路52の流路抵抗より大きくすることができる。 Further, in the present embodiment, the flow passage cross-sectional area of the gas discharge flow passage 62 is made smaller than the flow passage cross-sectional area of the gas supply flow passage 52. Thereby, the flow passage resistance of the gas discharge flow passage 62 can be made larger than the flow passage resistance of each adjacent gas supply flow passage 52 with a simple structure.

<第1変形例>
上記実施形態では、ガス排出流路62の流路幅W1をガス供給流路52の流路幅W2より小さくすることで、ガス排出流路62の流路断面積をガス供給流路52の流路断面積より小さくしたが、流路断面積の設定方法はこれに限定されない。流路の幅以外の寸法や断面形状をガス排出流路62とガス供給流路52とで異ならせることで、両流路の流路断面積を異ならせてもよい。例えば、図6に示すように、流路(溝)の幅をガス排出流路62とガス供給流路52とで同じ幅Wに統一しつつ、ガス排出流路62の流路(溝)の深さD1をガス供給流路52流路(溝)の深さD2より小さくなるように設定してもよい。
<First Modification>
In the above-described embodiment, the flow passage width W1 of the gas discharge flow passage 62 is set to be smaller than the flow passage width W2 of the gas supply flow passage 52, so that the flow passage cross-sectional area of the gas discharge flow passage 62 becomes smaller than that of the gas supply flow passage 52. Although it is smaller than the road cross-sectional area, the method of setting the flow path cross-sectional area is not limited to this. The dimensions and cross-sectional shapes other than the width of the flow passage may be different between the gas discharge flow passage 62 and the gas supply flow passage 52, so that the flow passage cross-sectional areas of both flow passages may be different. For example, as shown in FIG. 6, while the widths of the flow channels (grooves) are unified to the same width W in the gas discharge flow channel 62 and the gas supply flow channel 52, The depth D1 may be set to be smaller than the depth D2 of the gas supply flow channel 52 flow channel (groove).

<第2変形例>
また、図7に示すように、ガス排出流路62の断面形状を、ガス供給流路52の矩形断面と同じ最大幅W及び最大深さDを有する台形としてもよい。なお、両流路の断面形状は、特に限定されず、図示は省略するが、矩形及び台形以外の多角形状、半円状、半楕円状、半長円状等であってもよい。
<Second Modification>
Further, as shown in FIG. 7, the cross sectional shape of the gas discharge channel 62 may be a trapezoid having the same maximum width W and maximum depth D as the rectangular cross section of the gas supply channel 52. The cross-sectional shapes of both flow paths are not particularly limited, and although not shown, they may be polygonal shapes other than rectangular and trapezoidal shapes, semicircular shapes, semielliptical shapes, semielliptical shapes, and the like.

<第3変形例>
上記実施形態及び変形例では、ガス排出流路62の流路断面積をガス供給流路52の流路断面積より小さくすることで、ガス排出流路62の流路抵抗をガス供給流路52の流路抵抗より小さくしたが、流路抵抗の設定方法はこれに限定されない。流路の内壁面の形状や表面粗さをガス排出流路62とガス供給流路52とで異ならせることで、両流路の流路抵抗を異ならせてもよい。例えば、ガス供給流路52の内壁を滑らかな表面(不図示)にしつつ、図8に示すように、ガス排出流路62の内壁に凹凸を設けることで、両流路の流路抵抗を異ならせてもよい。
<Third Modification>
In the above-described embodiment and modification, the flow passage cross-sectional area of the gas discharge flow passage 62 is made smaller than the flow passage cross-sectional area of the gas supply flow passage 52, so that the flow passage resistance of the gas discharge flow passage 62 is reduced. However, the method of setting the channel resistance is not limited to this. By making the shape and surface roughness of the inner wall surface of the flow passage different between the gas discharge flow passage 62 and the gas supply flow passage 52, the flow passage resistance of both flow passages may be made different. For example, while making the inner wall of the gas supply channel 52 a smooth surface (not shown), as shown in FIG. You may let me.

<第4変形例>
さらに、各流路の上流端52a,62aから下流端52b,62bまでの流路長さを異ならせることで、両流路の流路抵抗を異ならせてもよい。具体的には、例えば、図9に示すように、ガス供給流路52を上流端52aから下流端52bまで主流れ方向FDに沿って直線状に延在させる一方で、ガス排出流路62を上流端62aと下流端62bとの間で蛇行させてもよい。これにより、各ガス排出流路62の上流端62aから下流端62bまでの流路長さが、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の上流端52aから下流端52bまでの流路長さより長くなる。
<Fourth Modification>
Furthermore, the flow path resistance of both flow paths may be made different by making the flow path length from the upstream ends 52a, 62a to the downstream ends 52b, 62b of each flow path different. Specifically, for example, as shown in FIG. 9, the gas supply passage 52 is linearly extended from the upstream end 52a to the downstream end 52b along the main flow direction FD, while the gas discharge passage 62 is formed. You may make it meander between the upstream end 62a and the downstream end 62b. Thereby, the flow path length from the upstream end 62a to the downstream end 62b of each gas discharge flow path 62 is from the upstream end 52a to the downstream end 52b of each gas supply flow path 52 adjacent to the gas discharge flow path 62. It is longer than the flow path length.

これら第1乃至第4変形例によれば、簡易な構造で、ガス排出流路62の流路抵抗を隣接する各ガス供給流路52の流路抵抗より大きくすることができる。 According to these first to fourth modified examples, the flow passage resistance of the gas discharge flow passage 62 can be made larger than the flow passage resistance of the adjacent gas supply flow passages 52 with a simple structure.

<第2実施形態>
上記実施形態及び変形例に係るガス流路構造では、ガス供給流路52及びガス排出流路62の流路抵抗は、それぞれの上流端52a,62aから下流端52b,62bまで均等に設定されていた。すなわち、主流れ方向FDの単位長さあたりの各流路の流路抵抗は、主流れ方向FDにおいて一様に分布していた。しかしながら、流路抵抗の主流れ方向FDにおける分布は、これに限定されない。
<Second Embodiment>
In the gas flow channel structure according to the above-described embodiment and modification, the flow channel resistances of the gas supply flow channel 52 and the gas discharge flow channel 62 are set evenly from the upstream ends 52a and 62a to the downstream ends 52b and 62b. It was That is, the flow path resistance of each flow path per unit length in the main flow direction FD was uniformly distributed in the main flow direction FD. However, the distribution of the flow path resistance in the main flow direction FD is not limited to this.

以下、本発明の第2実施形態について説明する。ここでは重複を避けるため、第1実施形態と共通する構成についてはその説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。また、ガス流路構造は、第1実施形態と同様に、酸化剤ガス流路40を例にとって説明する。燃料ガス流路20については、ガス供給口及びガス排出口の位置が酸化剤ガス流路40のそれと異なるが、他の構成は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。 The second embodiment of the present invention will be described below. Here, in order to avoid duplication, the description of the configuration common to the first embodiment will be omitted, and the configuration different from the first embodiment will be described. Further, the gas flow channel structure will be described by taking the oxidant gas flow channel 40 as an example, as in the first embodiment. The fuel gas flow path 20 is different from that of the oxidant gas flow path 40 in the positions of the gas supply port and the gas discharge port, but other configurations are the same, and therefore detailed description thereof is omitted here.

本実施形態のガス流路構造では、図10に示すように、ガス供給流路52が、各々、上流部52Aと下流部52Bとに区分けされる。また、ガス排出流路62は、各々、上流部62Aと下流部62Bとに区分けされる。上流部52A及び下流部52Bは、それぞれガス供給流路52の上流端52aから下流端52bまでの流路長さの1/2の流路長さを有している。また、上流部62A及び下流部62Bは、それぞれガス排出流路62の上流端62aから下流端62bまでの流路長さの1/2の流路長さを有している。 In the gas flow channel structure of the present embodiment, as shown in FIG. 10, the gas supply flow channel 52 is divided into an upstream portion 52A and a downstream portion 52B. Further, the gas discharge flow channel 62 is divided into an upstream portion 62A and a downstream portion 62B, respectively. The upstream portion 52A and the downstream portion 52B each have a flow passage length that is ½ of the flow passage length from the upstream end 52a to the downstream end 52b of the gas supply flow passage 52. The upstream portion 62A and the downstream portion 62B each have a flow passage length that is ½ of the flow passage length from the upstream end 62a to the downstream end 62b of the gas discharge flow passage 62.

また、ガス排出流路62の最小流路断面積は、そのガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の最小流路断面積より小さくなっている。ここで、ガス排出流路62の最小流路断面積は、上流部62Aの流路断面積と下流部62Bの流路断面積とのうちの最小値であり、ガス供給流路52の最小流路断面積は、上流部52Aの流路断面積と下流部52Bの流路断面積とのうちの最小値である。より具体的には、各上流部62Aの流路幅W11は、当該上流部62Aに隣接する各上流部52Aの流路幅W21より小さく、また、各下流部62Bの流路幅W12は、当該下流部62Bに隣接する各下流部52Bの流路幅W22より小さい。一方、流路(溝)の深さは、上流部52Aと上流部62Aとで等しく、下流部52Bと下流部62Bとで等しい。このように、本実施形態では、各上流部62Aの流路断面積が、当該上流部62Aに隣接する各上流部52Aの流路断面積より小さく、各下流部62Bの流路断面積が、当該下流部62Bに隣接する各下流部52Bの流路断面積より小さくなっている。 The minimum flow passage cross-sectional area of the gas discharge flow passage 62 is smaller than the minimum flow passage cross-sectional area of each gas supply flow passage 52 adjacent to the gas discharge flow passage 62. Here, the minimum flow passage cross-sectional area of the gas discharge flow passage 62 is the minimum value of the flow passage cross-sectional areas of the upstream portion 62A and the downstream portion 62B, and the minimum flow passage area of the gas supply passage 52. The road cross-sectional area is the minimum value of the flow path cross-sectional area of the upstream portion 52A and the flow path cross-sectional area of the downstream portion 52B. More specifically, the flow passage width W11 of each upstream portion 62A is smaller than the flow passage width W21 of each upstream portion 52A adjacent to the upstream portion 62A, and the flow passage width W12 of each downstream portion 62B is It is smaller than the flow passage width W22 of each downstream portion 52B adjacent to the downstream portion 62B. On the other hand, the depths of the flow paths (grooves) are the same in the upstream portion 52A and the upstream portion 62A, and are the same in the downstream portion 52B and the downstream portion 62B. Thus, in the present embodiment, the flow passage cross-sectional area of each upstream portion 62A is smaller than the flow passage cross-sectional area of each upstream portion 52A adjacent to the upstream portion 62A, and the flow passage cross-sectional area of each downstream portion 62B is It is smaller than the flow passage cross-sectional area of each downstream portion 52B adjacent to the downstream portion 62B.

従って、ガス排出流路62の上流部62Aの流路抵抗は、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の上流部52Aの流路抵抗より大きい。また、ガス排出流路62の下流部62Bの流路抵抗は、当該ガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の下流部52Bの流路抵抗より大きい。 Therefore, the flow path resistance of the upstream portion 62A of the gas discharge flow path 62 is larger than the flow path resistance of the upstream portion 52A of each gas supply flow path 52 adjacent to the gas discharge flow path 62. The flow path resistance of the downstream portion 62B of the gas discharge flow path 62 is larger than the flow path resistance of the downstream portion 52B of each gas supply flow path 52 adjacent to the gas discharge flow path 62.

本実施形態によれば、上記第1実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、上流部(52A,62A)及び下流部(52B,62B)の両方において、ガス排出流路62側の流路抵抗がガス供給流路52側の流路抵抗より大きいので、上流部及び下流部のいずれか一方または両方において、前者が後者以下である場合と比較して、下流側領域における流路間差圧をより確実に大きくすることができる。従って、クロスフローの流量をより確実に上流側領域で減らし、下流側領域で増やすことができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, according to the present embodiment, in both the upstream portion (52A, 62A) and the downstream portion (52B, 62B), the flow passage resistance on the gas discharge flow passage 62 side is greater than the flow passage resistance on the gas supply flow passage 52 side. Since it is large, the pressure difference between the flow passages in the downstream region can be increased more reliably in one or both of the upstream portion and the downstream portion than in the case where the former is equal to or less than the latter. Therefore, the flow rate of the cross flow can be more reliably reduced in the upstream region and increased in the downstream region.

なお、本実施形態によれば、同じガス供給流路52における上流部52Aと下流部52Bの流路抵抗の関係は、特に制限されず、また、同じガス排出流路62における上流部62Aと下流部62Bの流路抵抗の関係も、特に制限されない。さらに、各上流部(52A,62A)及び下流部(52B,62B)における主流れ方向FDの単位長さあたりの流路抵抗は、主流れ方向FDに沿って段階的に或いは滑らかに変化するように設定してもよい。 Note that, according to the present embodiment, the relationship of the flow resistances of the upstream portion 52A and the downstream portion 52B in the same gas supply flow passage 52 is not particularly limited, and the upstream portion 62A and the downstream in the same gas discharge flow passage 62 are the same. The relationship of the flow path resistance of the portion 62B is not particularly limited. Furthermore, the flow path resistance per unit length in the main flow direction FD in each of the upstream portions (52A, 62A) and the downstream portions (52B, 62B) changes in steps or smoothly along the main flow direction FD. It may be set to.

<変形例>
上記第2実施形態では、ガス供給流路52及びガス排出流路62を、それぞれ上流部と下流部とに区分したが、区分数はこれに限定されない。例えば、ガス供給流路52及びガス排出流路62のそれぞれを、均等な流路長さを有するN個の要素に区分し、ガス排出流路62のn番目の要素の流路抵抗が、ガス供給流路52のn番目の要素の流路抵抗より大きくなるように設定してもよい。具体的には、例えば、ガス排出流路62のn番目の要素の流路断面積が、ガス供給流路52のn番目の要素の流路断面積より大きくなるようにすればよい。ここで、Nは、3以上の整数である。nは、各要素を上流側から数えたときの順番であり、1以上N以下の整数である。この場合においても、各ガス排出流路62の最小流路断面積(N個の各要素の流路断面積のうち最小値)は、そのガス排出流路62に隣接する各ガス供給流路52の最小流路断面積(N個の各要素の流路断面積のうち最小値)より小さくなっている。
<Modification>
In the second embodiment, the gas supply passage 52 and the gas discharge passage 62 are divided into the upstream portion and the downstream portion, respectively, but the number of divisions is not limited to this. For example, each of the gas supply channel 52 and the gas exhaust channel 62 is divided into N elements having an even channel length, and the channel resistance of the nth element of the gas exhaust channel 62 is It may be set to be larger than the flow passage resistance of the n-th element of the supply flow passage 52. Specifically, for example, the flow passage cross-sectional area of the n-th element of the gas discharge flow passage 62 may be larger than the flow passage cross-sectional area of the n-th element of the gas supply flow passage 52. Here, N is an integer of 3 or more. n is the order in which each element is counted from the upstream side, and is an integer of 1 or more and N or less. Also in this case, the minimum flow passage cross-sectional area of each gas discharge flow passage 62 (minimum value among the flow passage cross-sectional areas of N elements) is the gas supply flow passage 52 adjacent to the gas discharge flow passage 62. Is smaller than the minimum flow channel cross-sectional area (minimum value among the flow channel cross-sectional areas of N elements).

本変形例によれば、上記第2実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、本変形例では、互いに隣接する要素同士のN個の組み合わせすべてにおいて、ガス排出流路62側の流路抵抗がガス供給流路52側の流路抵抗より大きいので、上記組み合わせのいずれかにおいてガス排出流路62側の流路抵抗がガス供給流路52側の流路抵抗以下である場合と比較して、下流側領域における流路間差圧をより確実に大きくすることができる。従って、クロスフローの流量をさらに確実に上流側領域で減らし、下流側領域で増やすことができる。 According to this modification, the following effects can be obtained in addition to the effects of the second embodiment. That is, in this modification, since the flow passage resistance on the gas exhaust flow passage 62 side is larger than the flow passage resistance on the gas supply flow passage 52 side in all N combinations of the elements adjacent to each other, any one of the above combinations In comparison with the case where the flow path resistance on the gas exhaust flow path 62 side is less than or equal to the flow path resistance on the gas supply flow path 52 side in (1), the differential pressure between the flow paths in the downstream region can be increased more reliably. Therefore, the flow rate of the cross flow can be more surely reduced in the upstream region and increased in the downstream region.

なお、本変形例では、同じガス供給流路52(またはガス排出流路62)のなかのN個の要素同士の間での流路抵抗の関係は、特に制限されない。また、各要素における主流れ方向FDの単位長さあたりの流路抵抗は、主流れ方向FDに沿って段階的に或いは滑らかに変化するように設定してもよい。 In this modification, the relationship of the flow path resistance between the N elements in the same gas supply flow path 52 (or gas discharge flow path 62) is not particularly limited. Further, the flow path resistance per unit length in the main flow direction FD in each element may be set so as to change stepwise or smoothly along the main flow direction FD.

また、上記第2実施形態における上流部52A,62A、下流部52B,62B、及びその変形例におけるガス供給流路52及びガス排出流路62の各要素に、上述の第1乃至第4変形例のいずれか一つ又はそれらの組合せに係る構造を適用してもよい。 In addition, the upstream parts 52A and 62A and the downstream parts 52B and 62B in the second embodiment, and the elements of the gas supply flow path 52 and the gas discharge flow path 62 in the modified example thereof, are included in the first to fourth modified examples. The structure according to any one of them or a combination thereof may be applied.

<第3実施形態>
上記実施形態及び変形例に係るガス流路構造では、セパレータ11,12のガス拡散層15に接触する面の略全域に対向櫛形流路が形成されていた。しかしながら、上記対向櫛形流路は、平行流路やサーペンタイン流路など他形式の流路と組み合わせるなどして、セパレータ11,12のガス拡散層15に接触する面の一部の領域に設けてもよい。
<Third Embodiment>
In the gas flow path structures according to the above-described embodiment and modification, the facing comb-shaped flow paths are formed in substantially the entire surfaces of the separators 11 and 12 that contact the gas diffusion layer 15. However, the opposing comb-shaped channel may be provided in a part of the surface of the separators 11 and 12 in contact with the gas diffusion layer 15 by combining it with another type of channel such as a parallel channel or a serpentine channel. Good.

以下、本発明の第3実施形態について説明する。ここでは重複を避けるため、第1実施形態と共通する構成についてはその説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。また、ガス流路構造は、第1実施形態と同様に、酸化剤ガス流路40を例にとって説明する。なお、燃料ガス流路20については、ガス供給口及びガス排出口の位置が酸化剤ガス流路40のそれと異なるが、他の構成は同様であるので、ここでは説明を省略する。 The third embodiment of the present invention will be described below. Here, in order to avoid duplication, the description of the configuration common to the first embodiment will be omitted, and the configuration different from the first embodiment will be described. Further, the gas flow channel structure will be described by taking the oxidant gas flow channel 40 as an example, as in the first embodiment. The fuel gas flow path 20 is different from that of the oxidant gas flow path 40 in the positions of the gas supply port and the gas discharge port, but other configurations are the same, and therefore the description thereof is omitted here.

本実施形態のガス流路構造では、図11に示すように、上流側に平行流路70が設けられ、下流側に対向櫛形流路が設けられている。平行流路70は、ガス供給口B1と、上流側ヘッダ流路71と、下流側ヘッダ流路72と、複数の分岐流路73とを備えている。上流側ヘッダ流路71は、ガス供給口B1に連通して、セパレータ12の幅方向Zに延在している。下流側ヘッダ流路72は、上流側ヘッダ流路71からセパレータ12の長手方向Yに離間して位置し、セパレータ12の幅方向Zに延在している。複数の分岐流路73は、各々、上流側ヘッダ流路71から分岐して、セパレータ12の長手方向Yに略平行に直線状に延在し、各下流端において下流側ヘッダ流路72に接続されている。下流側ヘッダ流路72は、対向櫛形流路のヘッダ流路51を兼ねており、複数のガス供給流路52が、各々、この下流側ヘッダ流路72から分岐して、セパレータ12長手方向Yに延在している。下流側の対向櫛形流路の構成は、上述の第1、第2実施形態またはそれらの変形例にかかる対向櫛形流路と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。 In the gas flow channel structure of the present embodiment, as shown in FIG. 11, the parallel flow channel 70 is provided on the upstream side and the opposing comb-shaped flow channel is provided on the downstream side. The parallel flow channel 70 includes a gas supply port B1, an upstream header flow channel 71, a downstream header flow channel 72, and a plurality of branch flow channels 73. The upstream header flow channel 71 communicates with the gas supply port B1 and extends in the width direction Z of the separator 12. The downstream header flow passage 72 is located away from the upstream header flow passage 71 in the longitudinal direction Y of the separator 12 and extends in the width direction Z of the separator 12. Each of the plurality of branch flow channels 73 branches from the upstream header flow channel 71, extends linearly substantially parallel to the longitudinal direction Y of the separator 12, and is connected to the downstream header flow channel 72 at each downstream end. Has been done. The downstream header flow channel 72 also serves as the header flow channel 51 of the facing comb-shaped flow channel, and a plurality of gas supply flow channels 52 branch off from the downstream header flow channel 72, respectively, and the separator 12 longitudinal direction Y. Has been extended to. The structure of the facing comb-shaped flow passage on the downstream side is the same as that of the facing comb-shaped flow passage according to the above-described first and second embodiments or their modifications, and therefore detailed description thereof is omitted here.

本実施形態によれば、上記第1実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、平行流路70は、ガス拡散層15内に強制対流を生じさせないので、低加湿条件下でも、上流側領域の膜電極接合体10を過度に乾燥させることがなく、上流側領域における電解質膜13のプロトン伝導性の低下を抑制することができる。一方、対向櫛形流路は、ガス拡散層15内における電極触媒層14により近い領域に強制対流を生じさせることで、当該領域における濃度勾配を高め、ガスの拡散性を向上させることができる。本実施形態では、ガスの濃度が比較的高い上流側領域に平行流路70を配置し、ガスの濃度が比較的低い下流側領域に対向櫛形流路を配置しているため、上流側領域における膜電極接合体10の乾燥を抑えるとともに、下流側領域においてガスの拡散性を確保することができる。これにより、燃料電池セル1の発電性能を向上させることができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, since the parallel flow path 70 does not generate forced convection in the gas diffusion layer 15, the membrane electrode assembly 10 in the upstream region is not excessively dried even under a low humidification condition, and the electrolyte in the upstream region is prevented. The decrease in proton conductivity of the membrane 13 can be suppressed. On the other hand, the opposed comb-shaped flow passage can generate a forced convection in a region closer to the electrode catalyst layer 14 in the gas diffusion layer 15, thereby increasing the concentration gradient in the region and improving the gas diffusibility. In the present embodiment, since the parallel flow channel 70 is arranged in the upstream side region where the gas concentration is relatively high and the opposing comb-shaped flow channel is arranged in the downstream side region where the gas concentration is relatively low, the parallel flow channel 70 in the upstream side region is It is possible to suppress the drying of the membrane electrode assembly 10 and to secure the gas diffusibility in the downstream region. Thereby, the power generation performance of the fuel cell unit 1 can be improved.

以上、本発明のいくつかの実施形態及び変形例について説明したが、これら実施形態等は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態等に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態等で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。 Although some embodiments and modifications of the present invention have been described above, these embodiments and the like are merely examples described for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention includes the embodiments and the like. It is not limited. The technical scope of the present invention is not limited to the specific technical matters disclosed in the above-described embodiments and the like, but also includes various modifications, changes, and alternative techniques that can be easily derived therefrom.

例えば、上記実施形態等のガス流路構造は、膜電極接合体10の両側のガス拡散層15上に設けられていたが、片側のガス拡散層15上にのみ設けてもよく、また、燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方にのみ採用してもよい。 For example, the gas flow path structures of the above-described embodiments and the like are provided on the gas diffusion layers 15 on both sides of the membrane electrode assembly 10, but they may be provided only on one side of the gas diffusion layer 15, and the fuel may be provided. You may employ|adopt only in either one of gas and oxidizing gas.

また、上記実施形態等におけるガス拡散層15の透気度は、セパレータ11,12に接する面の略全域において略均一であったが、ガス拡散層の透気度は、場所に応じて変化させてもよい。例えば上流側領域と下流側領域の間の中間領域など、局所領域でクロスフローの流量を増やしたい場合などは、その局所領域におけるガス拡散層の透気度を他の領域のそれより低く設定してもよい。 Further, the air permeability of the gas diffusion layer 15 in the above-described embodiments and the like was substantially uniform over the substantially entire surface in contact with the separators 11 and 12, but the air permeability of the gas diffusion layer was changed depending on the location. May be. For example, if you want to increase the flow rate of crossflow in a local area, such as an intermediate area between the upstream and downstream areas, set the gas diffusion layer air permeability in that local area to be lower than that in other areas. May be.

上記第3実施形態では、上流側に平行流路を設け、下流側に対向櫛形流路を設けていたが、両者の配置は、燃料電池スタックに要求される環境条件、仕様等に応じて、適宜変更することが可能である。また、対向櫛形流路には、平行流路に替えて、或いは加えてサーペンタイン流路を組み合わせることも可能である。このサーペンタイン流路と、他の対向櫛形流路、平行流路との配置関係も、燃料電池スタックに要求される環境条件、仕様等に応じて、適宜設定することが可能である。 In the third embodiment, the parallel flow path is provided on the upstream side, and the facing comb-shaped flow path is provided on the downstream side. However, the arrangement of both is determined according to the environmental conditions required for the fuel cell stack, specifications, and the like. It can be changed appropriately. Further, a serpentine channel can be combined with the opposing comb-shaped channel instead of or in addition to the parallel channel. The positional relationship between the serpentine flow channel and the other opposing comb-shaped flow channels and the parallel flow channel can be appropriately set according to the environmental conditions, specifications, etc. required for the fuel cell stack.

1 燃料電池セル(燃料電池)
10 膜電極接合体
11,12 セパレータ
15 ガス拡散層
52 ガス供給流路
52a ガス供給流路の上流端
52b ガス供給流路の下流端
52A ガス供給流路の上流部
52B ガス供給流路の下流部
A1,B1 ガス供給口
62 ガス排出流路
62a ガス排出流路の上流端
62b ガス排出流路の下流端
62A ガス排出流路の上流部
62B ガス排出流路の下流部
A2,B2 ガス排出口
1 Fuel cell (fuel cell)
10 Membrane Electrode Assembly 11, 12 Separator 15 Gas Diffusion Layer 52 Gas Supply Channel 52a Gas Supply Channel Upstream End 52b Gas Supply Channel Downstream End 52A Gas Supply Channel Upstream Part 52B Gas Supply Channel Downstream Part A1, B1 gas supply port 62 gas discharge flow path 62a upstream end of gas discharge flow path 62b downstream end of gas discharge flow path 62A upstream part of gas discharge flow path 62B downstream part of gas discharge flow path A2, B2 gas discharge port

Claims (6)

膜電極接合体の少なくとも片側のガス拡散層の上に、
上流端がガス供給口に連通し、下流端が閉塞された複数のガス供給流路と、
上流端が閉塞され、下流端がガス排出口に連通した複数のガス排出流路とが互いに間隔をあけて交互に並設され、
各ガス供給流路の上流端は、当該ガス供給流路に隣接するガス排出流路の上流端近傍に位置し、
各ガス排出流路の下流端は、当該ガス排出流路に隣接するガス供給流路の下流端近傍に位置し、
各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路抵抗より大きく、
各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路長さは、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路長さより長いことを特徴とする燃料電池のガス流路構造。
On the gas diffusion layer on at least one side of the membrane electrode assembly,
A plurality of gas supply passages whose upstream end communicates with the gas supply port and whose downstream end is closed;
The upstream end is closed, the downstream end is a plurality of gas discharge passages communicating with the gas discharge port, and the gas discharge flow path is alternately arranged in parallel with each other,
The upstream end of each gas supply passage is located near the upstream end of the gas discharge passage adjacent to the gas supply passage,
The downstream end of each gas discharge channel is located near the downstream end of the gas supply channel adjacent to the gas discharge channel,
Each gas flow path resistance from the upstream end of the discharge channel to the downstream end is much larger than the flow path resistance to the downstream end from the upstream end of the gas supply passage adjacent to the gas discharge channel,
The flow path length from the upstream end to the downstream end of each gas discharge flow path is characterized by being longer than the flow path length from the upstream end to the downstream end of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path. Gas flow channel structure for fuel cells.
前記ガス供給流路を、当該ガス供給流路の上流端から下流端までの流路長さの1/2の流路長さを有する上流部と下流部とに区分けし、前記ガス排出流路を、当該ガス排出流路の上流端から下流端までの流路長さの1/2の流路長さを有する上流部と下流部とに区分けしたとき、
前記ガス排出流路の上流部の流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流部の流路抵抗より大きく、
前記ガス排出流路の下流部の流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の下流部の流路抵抗より大きいことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池のガス流路構造。
The gas supply passage is divided into an upstream portion and a downstream portion having a passage length of ½ of the passage length from the upstream end to the downstream end of the gas supply passage, Is divided into an upstream part and a downstream part having a flow path length of 1/2 of the flow path length from the upstream end to the downstream end of the gas discharge flow path,
The flow path resistance of the upstream part of the gas discharge flow path is larger than the flow path resistance of the upstream part of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path,
The fuel cell according to claim 1, wherein a flow passage resistance at a downstream portion of the gas discharge flow passage is larger than a flow passage resistance at a downstream portion of each gas supply flow passage adjacent to the gas discharge flow passage. Gas flow path structure.
前記ガス供給流路を、当該ガス供給流路の上流端から下流端までの流路長さの1/3の流路長さを有する上流部と中流部と下流部とに区分けし、前記ガス排出流路を、当該ガス排出流路の上流端から下流端までの流路長さの1/3の流路長さを有する上流部と中流部と下流部とに区分けしたとき、
前記ガス排出流路の上流部の流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流部の流路抵抗より大きく、
前記ガス排出流路の中流部の流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の中流部の流路抵抗より大きく、
前記ガス排出流路の下流部の流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の下流部の流路抵抗より大きいことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池のガス流路構造。
The gas supply passage is divided into an upstream portion, a middle flow portion, and a downstream portion having a passage length of 1/3 of the passage length from the upstream end to the downstream end of the gas supply passage, When the discharge flow passage is divided into an upstream portion, a middle flow portion, and a downstream portion having a flow passage length of 1/3 of the flow passage length from the upstream end to the downstream end of the gas discharge flow passage,
The flow path resistance of the upstream part of the gas discharge flow path is larger than the flow path resistance of the upstream part of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path,
The flow path resistance of the midstream part of the gas discharge flow path is larger than the flow path resistance of the midstream part of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path,
The fuel cell according to claim 1, wherein a flow passage resistance at a downstream portion of the gas discharge flow passage is larger than a flow passage resistance at a downstream portion of each gas supply flow passage adjacent to the gas discharge flow passage. Gas flow path structure.
各ガス排出流路の最小流路断面積は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の最小流路断面積より小さいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池のガス流路構造。 The minimum flow passage cross-sectional area of each gas discharge flow passage is smaller than the minimum flow passage cross-sectional area of each gas supply flow passage adjacent to the gas discharge flow passage. The gas flow channel structure of the fuel cell described. 前記膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持するセパレータと、を備え、
前記膜電極接合体のガス拡散層と前記セパレータの前記ガス拡散層に接する面に形成された流路溝との間に画成されるガス流路の少なくとも一部に、請求項1乃至のいずれか一項に記載のガス流路構造を備えたことを特徴とする燃料電池。
With the membrane electrode assembly,
A separator sandwiching the membrane electrode assembly,
The gas flow path defined between the gas diffusion layer of the membrane electrode assembly and the flow path groove formed in the surface of the separator in contact with the gas diffusion layer, at least a part of which is defined in any one of claims 1 to 4 . A fuel cell comprising the gas flow channel structure according to any one of claims.
膜電極接合体のガス拡散層に接する面に、
上流端がガス供給口に連通し、下流端が閉塞された複数のガス供給流路と、
上流端が閉塞され、下流端がガス排出口に連通した複数のガス排出流路とが互いに間隔をあけて交互に並設され、
各ガス供給流路の上流端は、当該ガス供給流路に隣接するガス排出流路の上流端近傍に位置し、
各ガス排出流路の下流端は、当該ガス排出流路に隣接するガス供給流路の下流端近傍に位置し、
各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路抵抗は、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路抵抗より大きく、
各ガス排出流路の上流端から下流端までの流路長さは、当該ガス排出流路に隣接する各ガス供給流路の上流端から下流端までの流路長さより長いことを特徴とするセパレータ。
On the surface of the membrane electrode assembly in contact with the gas diffusion layer,
A plurality of gas supply passages whose upstream end communicates with the gas supply port and whose downstream end is closed;
The upstream end is closed and the downstream end is provided with a plurality of gas discharge flow paths communicating with the gas discharge port, and the gas discharge flow paths are alternately arranged side by side.
The upstream end of each gas supply passage is located near the upstream end of the gas discharge passage adjacent to the gas supply passage,
The downstream end of each gas discharge channel is located near the downstream end of the gas supply channel adjacent to the gas discharge channel,
Each gas flow path resistance from the upstream end of the discharge channel to the downstream end is much larger than the flow path resistance to the downstream end from the upstream end of the gas supply passage adjacent to the gas discharge channel,
The flow path length from the upstream end to the downstream end of each gas discharge flow path is characterized by being longer than the flow path length from the upstream end to the downstream end of each gas supply flow path adjacent to the gas discharge flow path. Separator.
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