JP7047090B2 - Gas supply diffusion layer for fuel cells, separators for fuel cells and fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックに関する。 The present invention relates to a gas supply diffusion layer for a fuel cell, a separator for a fuel cell, and a fuel cell stack.

固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)の技術分野において、燃料電池用ガス(アノードガス、カソードガス)を均一に供給及び拡散させることが可能な燃料電池セルスタックが知られている(例えば、特許文献1参照。)。図20は、従来の燃料電池セルスタック920を模式的に示す正面図である。図21及び図22は、従来の燃料電池セルスタック920におけるタイプCAのセパレータ921の平面図である。このうち図21は燃料電池用ガス供給拡散層(カソードガス供給拡散層)942側から見た平面図であり、図22は燃料電池用ガス供給拡散層(アノードガス供給拡散層)941側から見た平面図である。図23は、図21のA-A線に沿った断面図である。 In the technical field of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), fuel cell stacks capable of uniformly supplying and diffusing fuel cell gases (anode gas, cathode gas) are known. (See, for example, Patent Document 1.). FIG. 20 is a front view schematically showing a conventional fuel cell stack 920. 21 and 22 are plan views of the type CA separator 921 in the conventional fuel cell stack 920. Of these, FIG. 21 is a plan view seen from the fuel cell gas supply / diffusion layer (cathode gas supply / diffusion layer) 942 side, and FIG. 22 is a plan view from the fuel cell gas supply / diffusion layer (anode gas supply / diffusion layer) 941 side. It is a plan view. FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 21.

従来の燃料電池セルスタック920は、図20~図23に示すように、金属板30の少なくとも一方の面に多孔質体層による燃料電池用ガス供給拡散層が設けられた構造の複数のセパレータ(タイプCAのセパレータ921、タイプAのセパレータ922、タイプCのセパレータ923、タイプAWのセパレータ924)が積層された構造を有する。なお、タイプCAのセパレータ921、タイプAのセパレータ922及びタイプAWのセパレータ924の「A」は燃料電池用ガス供給拡散層(アノードガス供給拡散層)941を表し、タイプCAのセパレータ921及びタイプCのセパレータ923の「C」は燃料電池用ガス供給拡散層(カソードガス供給拡散層)942を表し、タイプAWのセパレータ924の「W」は冷却水供給拡散層を表す。従来の燃料電池セルスタック920によれば、セパレータそのものに多孔質体層からなる燃料電池用ガス供給拡散層941,942が形成されていることから、燃料電池用ガスを燃料電池用ガス供給拡散層の全面にわたって均一に拡散できる。その結果、燃料電池用ガスを膜電極接合体(MEA)81の全面にわたって均一に供給でき、燃料電池の発電効率を従来よりも高くできる。 As shown in FIGS. 20 to 23, the conventional fuel cell stack 920 has a plurality of separators having a structure in which a gas supply / diffusion layer for a fuel cell is provided on at least one surface of a metal plate 30 (a porous body layer). It has a structure in which a type CA separator 921, a type A separator 922, a type C separator 923, and a type AW separator 924) are laminated. The "A" of the type CA separator 921, the type A separator 922, and the type AW separator 924 represents the fuel cell gas supply diffusion layer (anode gas supply diffusion layer) 941, and the type CA separator 921 and type C. “C” of the separator 923 represents a fuel cell gas supply / diffusion layer (cathode gas supply / diffusion layer) 942, and “W” of the type AW separator 924 represents a cooling water supply / diffusion layer. According to the conventional fuel cell stack 920, since the fuel cell gas supply / diffusion layers 941 and 942 formed of the porous body layer are formed on the separator itself, the fuel cell gas is used as the fuel cell gas supply / diffusion layer. Can be spread evenly over the entire surface of. As a result, the gas for the fuel cell can be uniformly supplied over the entire surface of the membrane electrode assembly (MEA) 81, and the power generation efficiency of the fuel cell can be made higher than before.

国際公開第2015/072584号International Publication No. 2015/072584

ところで、燃料電池の技術分野においては、従来よりも燃料電池の発電効率を高くできる技術が求められており、固体高分子形燃料電池の技術分野においても同様である。そこで、本発明は、従来よりも燃料電池の発電効率を高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックを提供することを目的とする。 By the way, in the technical field of fuel cells, there is a demand for a technology capable of increasing the power generation efficiency of fuel cells as compared with the conventional case, and the same is true in the technical field of polymer electrolyte fuel cells. Therefore, an object of the present invention is to provide a gas supply diffusion layer for a fuel cell, a separator for a fuel cell, and a fuel cell stack, which can increase the power generation efficiency of the fuel cell as compared with the conventional case.

本発明の一態様による燃料電池用ガス供給拡散層は、使用時に上流から下流側に向かって燃料電池用ガスが流れる燃料電池用ガス供給拡散層であって、前記燃料電池用ガスを透過、拡散し、導電性を有する多孔質体層を備え、前記多孔質体層は、多孔質体からなるガス拡散部と、前記多孔質体層の一方の面に分散して配置された複数の孤立穴とを有し、前記孤立穴の各々は、互いに孤立して前記多孔質体層に形成され、開口部を除く周囲が前記ガス拡散部に囲まれ、多孔質体の底を有する凹部からなる。 The fuel cell gas supply / diffusion layer according to one aspect of the present invention is a fuel cell gas supply / diffusion layer in which fuel cell gas flows from upstream to downstream during use, and permeates and diffuses the fuel cell gas. The porous body layer is provided with a conductive porous body layer, and the porous body layer has a gas diffusion portion made of the porous body and a plurality of isolated holes dispersed and arranged on one surface of the porous body layer. Each of the isolated holes is formed in the porous body layer isolated from each other, and is surrounded by the gas diffusion portion around the periphery except for the opening, and is composed of a recess having a bottom of the porous body.

本発明の一実態様による燃料電池用セパレータは、ガス遮蔽板と、前記ガス遮蔽板の少なくとも一方の面に配設された燃料電池用ガス供給拡散層とを備える燃料電池用セパレータであって、前記燃料電池用ガス供給拡散層は、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層であり、前記燃料電池用ガス供給拡散層は、前記複数の孤立穴が前記ガス遮蔽板側に位置するように前記ガス遮蔽板に対して配置されており、前記孤立穴と前記ガス遮蔽板とでガス流路が構成されている。 The fuel cell separator according to one embodiment of the present invention is a fuel cell separator provided with a gas shielding plate and a fuel cell gas supply diffusion layer disposed on at least one surface of the gas shielding plate. The fuel cell gas supply / diffusion layer is the fuel cell gas supply / diffusion layer of the present invention, and the fuel cell gas supply / diffusion layer is described so that the plurality of isolated holes are located on the gas shielding plate side. It is arranged with respect to the gas shielding plate, and the gas flow path is formed by the isolated hole and the gas shielding plate.

本発明の一態様による燃料電池セルスタックは、燃料電池用セパレータと、膜電極接合体とが積層されてなる燃料電池セルスタックであって、前記燃料電池用セパレータは、本発明の燃料電池用セパレータであり、前記燃料電池用セパレータと前記膜電極接合体とは、前記燃料電池用ガス供給拡散層の前記複数の孤立穴が形成されていない側の面に前記膜電極接合体が位置する位置関係で積層されている。 The fuel cell stack according to one aspect of the present invention is a fuel cell stack in which a fuel cell separator and a membrane electrode assembly are laminated, and the fuel cell separator is the fuel cell separator of the present invention. The fuel cell separator and the membrane electrode assembly are in a positional relationship in which the membrane electrode assembly is located on the surface of the fuel cell gas supply diffusion layer on the side where the plurality of isolated holes are not formed. It is laminated with.

本発明の一態様による燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックによれば、従来よりも燃料電池の発電効率を高くでき、さらには、従来よりも排水性に優れた、燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックとなる。 According to the gas supply diffusion layer for a fuel cell, the separator for a fuel cell, and the fuel cell stack according to one aspect of the present invention, the power generation efficiency of the fuel cell can be made higher than before, and the drainage property is superior to that of the conventional one. , Gas supply diffusion layer for fuel cell, separator for fuel cell and fuel cell stack.

実施形態に係る燃料電池セルスタック20を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the fuel cell stack 20 which concerns on embodiment. 実施形態に係る燃料電池セルスタック20を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the fuel cell stack 20 which concerns on embodiment. 膜電極接合体(MEA)81を説明するために示す図である。It is a figure which shows for demonstrating the membrane electrode assembly (MEA) 81. 実施形態に係る燃料電池用セパレータ23の平面図である。It is a top view of the separator 23 for a fuel cell which concerns on embodiment. 図4の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 燃料電池用ガスの流れを説明するために示す図である。It is a figure which shows for demonstrating the flow of the gas for a fuel cell. 燃料電池用セパレータ23以外の燃料電池用セパレータ(燃料電池用セパレータ21,22,24,25)の断面図である。It is sectional drawing of the separator for a fuel cell (separator for a fuel cell 21, 22, 24, 25) other than the separator for a fuel cell 23. 変形例1に係る燃料電池用ガス供給拡散層42aの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42a for a fuel cell which concerns on modification 1. FIG. 変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42b for a fuel cell which concerns on modification 2. FIG. 変形例3に係る燃料電池用ガス供給拡散層42cの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42c for a fuel cell which concerns on modification 3. FIG. 変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42dの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42d for a fuel cell which concerns on modification 4. FIG. 変形例5に係る燃料電池用ガス供給拡散層42eの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42e for a fuel cell which concerns on modification 5. FIG. 変形例6に係る燃料電池用ガス供給拡散層42fの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42f for a fuel cell which concerns on modification 6. FIG. 変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42g for a fuel cell which concerns on modification 7. FIG. 変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42h for a fuel cell which concerns on modification 8. FIG. 変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42i for a fuel cell which concerns on modification 9. FIG. 変形例10に係る燃料電池用ガス供給拡散層42jの平面図である。It is a top view of the gas supply diffusion layer 42j for a fuel cell which concerns on modification 10. FIG. 図17の部分断面図である。FIG. 17 is a partial cross-sectional view of FIG. 変形例11に係る燃料電池用セパレータ23kの断面図である。It is sectional drawing of the separator 23k for a fuel cell which concerns on modification 11. 従来の燃料電池セルスタック920を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the conventional fuel cell stack 920. 従来の燃料電池セルスタック920におけるタイプCAの燃料電池用セパレータ921の平面図である。It is a top view of the fuel cell separator 921 of the type CA in the conventional fuel cell stack 920. 従来の燃料電池セルスタック920におけるタイプCAの燃料電池用セパレータ921の平面図である。It is a top view of the fuel cell separator 921 of the type CA in the conventional fuel cell stack 920. 図21のA-A線に沿った断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG.

以下、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックを図に示す実施形態を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the gas supply diffusion layer for a fuel cell, the separator for a fuel cell, and the fuel cell stack of the present invention will be described in detail using the embodiments shown in the figure.

[実施形態]
図1は、実施形態に係る燃料電池セルスタック20を模式的に示す正面図である。図2は、実施形態に係る燃料電池セルスタック20を模式的に示す側面図である。
[Embodiment]
FIG. 1 is a front view schematically showing a fuel cell stack 20 according to an embodiment. FIG. 2 is a side view schematically showing the fuel cell stack 20 according to the embodiment.

[燃料電池セルスタック]
実施形態に係る燃料電池セルスタック20は、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)である。燃料電池セルスタック20は、複数の単セルを有する。燃料電池の単セルは、概念的には電解質膜(高分子膜)(触媒層を含めてもよい)とこれを挟むカソード側を構成する要素とアノード側を構成する要素とから構成される。ここでは、燃料電池セルスタック20の各セルは、後述する膜電極接合体81を挟んでカソード側を構成する要素とアノード側を構成する要素とを有する。各セルは、セパレータを挟んで複数スタックされ、燃料電池セルスタック20を構成する。
[Fuel cell cell stack]
The fuel cell stack 20 according to the embodiment is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). The fuel cell stack 20 has a plurality of single cells. A single cell of a fuel cell is conceptually composed of an electrolyte membrane (polymer film) (which may include a catalyst layer), an element constituting the cathode side and an element constituting the anode side sandwiching the electrolyte membrane (polymer film). Here, each cell of the fuel cell stack 20 has an element constituting the cathode side and an element constituting the anode side with the membrane electrode assembly 81 described later interposed therebetween. A plurality of cells are stacked with the separator interposed therebetween, forming a fuel cell cell stack 20.

本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータは、各セル間を分ける金属板30を備えるとともに、種々のバリエーションを持って構成される。燃料電池用セパレータ21は、ガス遮蔽板としての金属板30の一方の面にカソードガス供給拡散層Cが形成され、他方の面にアノードガス供給拡散層Aが形成されている(タイプCAのセパレータ)。したがって本発明の実施形態に係るタイプCAのセパレータのカソードガス供給拡散層Cとアノードガス供給拡散層Aとはそれぞれ別のセルに組み込まれる。なお、タイプCAのセパレータの詳細については後述する。燃料電池用セパレータ22は、金属板30の一方の面にアノードガス供給拡散層Aが形成されている(タイプAのセパレータ)。燃料電池用セパレータ23は、金属板30の一方の面にカソードガス供給拡散層Cが形成されている(タイプCのセパレータ)。燃料電池用セパレータ24は、金属板30の一方の面にカソードガス供給拡散層Cが形成され、他方の面に冷却水供給拡散層Wが形成されている(タイプCWのセパレータ)。 The fuel cell separator according to the embodiment of the present invention includes a metal plate 30 that separates the cells, and is configured with various variations. In the fuel cell separator 21, the cathode gas supply / diffusion layer C is formed on one surface of the metal plate 30 as a gas shielding plate, and the anode gas supply / diffusion layer A is formed on the other surface (type CA separator). ). Therefore, the cathode gas supply / diffusion layer C and the anode gas supply / diffusion layer A of the type CA separator according to the embodiment of the present invention are incorporated into separate cells. The details of the type CA separator will be described later. The fuel cell separator 22 has an anode gas supply / diffusion layer A formed on one surface of a metal plate 30 (type A separator). The fuel cell separator 23 has a cathode gas supply diffusion layer C formed on one surface of a metal plate 30 (type C separator). In the fuel cell separator 24, the cathode gas supply / diffusion layer C is formed on one surface of the metal plate 30, and the cooling water supply / diffusion layer W is formed on the other surface (type CW separator).

各セルは、カソード側とアノード側が交互になるように配置されている。カソードガス供給拡散層Cとアノードガス供給拡散層Aとは、膜電極接合体(MEA)81を挟んで対向して設けられている。実施形態においては、単セルが2つ配置される毎に冷却水を供給する冷却水供給拡散層Wが設けられている。なお、冷却水供給拡散層Wは、単セル1つ置きに設けられていてもよいし、3つ置き又はそれ以上置きに設けられていてもよい。冷却水供給拡散層Wには金属板30(好ましくはタイプA又はタイプCのセパレータにおける金属板30)が対向するように、燃料電池用セパレータ21~24が組み合わされて積層されている。 Each cell is arranged so that the cathode side and the anode side alternate. The cathode gas supply / diffusion layer C and the anode gas supply / diffusion layer A are provided so as to face each other with the membrane electrode assembly (MEA) 81 interposed therebetween. In the embodiment, a cooling water supply diffusion layer W for supplying cooling water is provided every time two single cells are arranged. The cooling water supply / diffusion layer W may be provided every other single cell, or may be provided every three or more. Fuel cell separators 21 to 24 are combined and laminated so that the metal plate 30 (preferably the metal plate 30 in the type A or type C separator) faces the cooling water supply diffusion layer W.

なお、本発明の燃料電池セルスタックは、図1及び図2には図示していないが、金属板30の一方の面にアノードガス供給拡散層Aが形成され、他方の面に冷却水供給拡散層Wが形成されたもの(タイプAWのセパレータ)を備えていてもよい。また、金属板30の一方の面に冷却水供給拡散層Wが形成されたセパレータ(タイプWのセパレータ)を備えていてもよい。また、金属板30の両面に冷却水供給拡散層Wが形成されたセパレータを備えていてもよい。各燃料電池用セパレータの構成の詳細については後述する。 Although not shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack of the present invention has an anode gas supply / diffusion layer A formed on one surface of the metal plate 30, and cooling water supply / diffusion on the other surface. A layer W may be formed (a type AW separator). Further, a separator (type W separator) in which the cooling water supply diffusion layer W is formed on one surface of the metal plate 30 may be provided. Further, a separator having cooling water supply diffusion layers W formed on both surfaces of the metal plate 30 may be provided. Details of the configuration of each fuel cell separator will be described later.

積層されたセルの両端部には、集電板27A,27Bが配設されている。さらに集電板27A、27Bの外側には、絶縁シート28A,28Bを介してエンドプレート75,76が配置されている。燃料電池用セパレータ21~24は、エンドプレート75、76によって両側から押圧されている。燃料電池セルスタック20の両端に位置し、集電板27A,27Bに接する燃料電池用セパレータについては、その金属板30(耐食層)が外方を向くようにすることが好ましい。 Current collector plates 27A and 27B are arranged at both ends of the stacked cells. Further, the end plates 75 and 76 are arranged on the outside of the current collector plates 27A and 27B via the insulating sheets 28A and 28B. The fuel cell separators 21 to 24 are pressed from both sides by the end plates 75 and 76. For the fuel cell separators located at both ends of the fuel cell stack 20 and in contact with the current collector plates 27A and 27B, it is preferable that the metal plate 30 (corrosion resistant layer) faces outward.

図1及び図2においては、燃料電池用セパレータ21~24、膜電極接合体81、集電板27A,27B、絶縁シート28A,28B、及び、エンドプレート75,76は、分かり易くするために、離間して描かれているが、これらは、図示された配列の順に、相互に密に接合されている。接合の方法は特に限定されない。例えば、エンドプレート75,76により各部材を両側から押圧することのみによって接合してもよいし、各部材の適宜の位置を接着剤により接着したうえでエンドプレート75,76により各部材を両側から押圧することにより接合してもよし、その他の方法により接合してもよい。各燃料電池用セパレータ21~24、膜電極接合体81、集電板27A,27B、絶縁シート28A,28B等は、例えば厚さが百μm程度から十mm程度である。本明細書の各実施形態における各図は、厚さを誇張して描かれている。 In FIGS. 1 and 2, the fuel cell separators 21 to 24, the membrane electrode assembly 81, the current collector plates 27A and 27B, the insulating sheets 28A and 28B, and the end plates 75 and 76 are shown in order to be easy to understand. Although drawn apart, they are closely joined to each other in the order shown in the sequence. The joining method is not particularly limited. For example, the members may be joined only by pressing the members from both sides with the end plates 75 and 76, or the members may be joined from both sides with the end plates 75 and 76 after adhering the appropriate positions of the members with an adhesive. It may be joined by pressing it, or it may be joined by another method. The thickness of each fuel cell separator 21 to 24, membrane electrode assembly 81, current collector plates 27A, 27B, insulating sheets 28A, 28B, etc. is, for example, about 100 μm to about 10 mm. Each figure in each embodiment of the present specification is drawn with exaggerated thickness.

アノード側のエンドプレート75の一端部にはアノードガス供給口71A、カソードガス排出口72B及び冷却水排出口73Bがそれぞれ設けられている。他方、カソード側のエンドプレート76の一端部(エンドプレート75の上記一端部とは反対側)には、アノードガス排出口71B、カソードガス供給口72A及び冷却水供給口73A(図2ではこれらがまとめて破線で示されている)が設けられている。これらの各供給口、各排出口にはそれぞれ対応する流体の供給管、排出管が接続されることになる。 An anode gas supply port 71A, a cathode gas discharge port 72B, and a cooling water discharge port 73B are provided at one end of the end plate 75 on the anode side. On the other hand, at one end of the end plate 76 on the cathode side (the side opposite to the one end of the end plate 75), the anode gas discharge port 71B, the cathode gas supply port 72A, and the cooling water supply port 73A (these are shown in FIG. 2). (Indicated by a broken line) are provided together. The corresponding fluid supply pipes and discharge pipes are connected to each of these supply ports and discharge ports, respectively.

各燃料電池用セパレータ21~24には、それぞれ、アノードガス供給口71Aに連通するアノードガス流入口61A、カソードガス排出口72Bに連通するカソードガス(及び生成水)流出口62B、及び、冷却水排出口73Bに連通する冷却水流出口63Bが設けられている。また、各燃料電池用セパレータ21~24には、それぞれ、アノードガス排出口71Bに連通するアノードガス流出口61B、カソードガス供給口72Aに連通するカソードガス流入口62A、及び、冷却水供給口73Aに連通する冷却水流入口63Aが設けられている。 The fuel cell separators 21 to 24 have an anode gas inlet 61A communicating with the anode gas supply port 71A, a cathode gas (and generated water) outlet 62B communicating with the cathode gas discharge port 72B, and cooling water, respectively. A cooling water outlet 63B communicating with the discharge port 73B is provided. Further, the separators 21 to 24 for each fuel cell have an anode gas outlet 61B communicating with the anode gas discharge port 71B, a cathode gas inlet 62A communicating with the cathode gas supply port 72A, and a cooling water supply port 73A, respectively. A cooling water inlet 63A communicating with the cooling water inlet 63A is provided.

アノードガス供給口71A、カソードガス供給口72A及び冷却水供給口73Aを通じてカソードガス、アノードガス及び冷却水が供給される。実施形態においては、アノードガスとして水素ガスを使用し、カソードガスとして空気を用いた場合を例示する。 Cathode gas, anode gas and cooling water are supplied through the anode gas supply port 71A, the cathode gas supply port 72A and the cooling water supply port 73A. In the embodiment, a case where hydrogen gas is used as the anode gas and air is used as the cathode gas is illustrated.

[膜電極接合体]
次に、膜電極接合体81について説明する。
図3は、膜電極接合体(MEA)81を説明するために示す図である。図3(a)は膜電極接合体81の平面図であり、図3(b)は膜電極接合体81の正面図であり、図3(c)は膜電極接合体の側面図である。
[Membrane electrode assembly]
Next, the membrane electrode assembly 81 will be described.
FIG. 3 is a diagram shown for explaining the membrane electrode assembly (MEA) 81. 3A is a plan view of the membrane electrode assembly 81, FIG. 3B is a front view of the membrane electrode assembly 81, and FIG. 3C is a side view of the membrane electrode assembly.

膜電極接合体81は、図3に示すように、電解質膜(PEM)82と、電解質膜82の両面にそれぞれ配置された触媒層(CL)85と、各触媒層85の外側の面に配置されたマイクロポーラスレイヤ(MPL)83とを有する。実施形態においては、電解質膜82とその両側に配置された触媒層85から構成されるものを触媒コート電解質膜(Catalyst Coated Membrame:CCM)という。マイクロポーラスレイヤ83は多孔質体層40よりも微細な径の気孔(細孔)を有する。なお、マイクロポーラスレイヤ83は、省略することもできる。 As shown in FIG. 3, the membrane electrode assembly 81 is arranged on the electrolyte membrane (PEM) 82, the catalyst layer (CL) 85 arranged on both sides of the electrolyte membrane 82, and the outer surface of each catalyst layer 85. It has a microporous layer (MPL) 83 and the like. In the embodiment, the one composed of the electrolyte membrane 82 and the catalyst layers 85 arranged on both sides thereof is referred to as a catalyst coated electrolyte membrane (CCM). The microporous layer 83 has pores (pores) having a diameter finer than that of the porous body layer 40. The microporous layer 83 may be omitted.

[燃料電池用セパレータ、燃料電池用ガス供給拡散層]
次に、燃料電池用セパレータ21~24及び燃料電池用ガス供給拡散層42について説明する。
図4は、タイプCの燃料電池用セパレータ23の金属板30の側から見た平面図である。但し、図4においては、燃料電池用セパレータ23の流路パターンを分かり易く表すために、金属板30の図示は省略している。図5は、図4の断面図である。図5(a)は図4のA1-A4断面図(但し、A2-A3部分は省略)であり、図5(b)は図4のA2-A3断面図である。図5においては、燃料電池用セパレータ23と膜電極接合体81との位置関係を示すために、膜電極接合体81が接合された状態の燃料電池用セパレータ23を示している。また、膜電極接合体81の断面構造は省略している。図6は、燃料電池用ガスの流れを説明するために示す図である。図6(a)は図4のB部を拡大した平面図であり、図6(b)は図6(a)のC-C線に沿った断面図である。
[Fuel cell separator, fuel cell gas supply diffusion layer]
Next, the fuel cell separators 21 to 24 and the fuel cell gas supply diffusion layer 42 will be described.
FIG. 4 is a plan view of the type C fuel cell separator 23 as viewed from the side of the metal plate 30. However, in FIG. 4, the metal plate 30 is not shown in order to clearly show the flow path pattern of the fuel cell separator 23. FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 5 (a) is a cross-sectional view taken along the line A1-A4 of FIG. 4 (however, the portion A2-A3 is omitted), and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line A2-A3 of FIG. FIG. 5 shows a fuel cell separator 23 in a state where the membrane electrode assembly 81 is bonded in order to show the positional relationship between the fuel cell separator 23 and the membrane electrode assembly 81. Further, the cross-sectional structure of the membrane electrode assembly 81 is omitted. FIG. 6 is a diagram for explaining the flow of gas for a fuel cell. 6 (a) is an enlarged plan view of a portion B of FIG. 4, and FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 6 (a).

なお、燃料電池用セパレータ23には符号55で示す孤立穴が複数形成されているが、図4においては図を見易くするために、一部の孤立穴にのみ符号を付して他の孤立穴に符号を付すのを省略する。また、図4~図6においては、孤立穴を示す符号55の後に(551)~(553)のカッコ付きの符号を示す場合があるが、カッコ内の符号は、各孤立穴の相対位置関係に関する説明の便宜上示しており、特定の位置にある孤立穴を示すものではない。また、図6においては、矢印でカソードガスの流れを示すが、太い矢印で流入側から流出側に向かうカソードガスの全体的な流れを示し、細い矢印で孤立穴55からガス拡散部43中に押し出されたカソードガスの流れ(伏流ガス流れ)を示す。 Although the fuel cell separator 23 is formed with a plurality of isolated holes indicated by reference numeral 55, in FIG. 4, in order to make the figure easier to see, only some of the isolated holes are designated with reference numerals and other isolated holes are formed. Is omitted. Further, in FIGS. 4 to 6, the reference numerals 55 indicating the isolated holes may be followed by the reference numerals (551) to (553) in parentheses, but the reference numerals in the parentheses indicate the relative positional relationship of the isolated holes. It is shown for convenience of explanation, and does not indicate an isolated hole at a specific position. Further, in FIG. 6, the arrow indicates the flow of the cathode gas, the thick arrow indicates the overall flow of the cathode gas from the inflow side to the outflow side, and the thin arrow indicates the flow from the isolated hole 55 into the gas diffusion portion 43. The flow of the extruded cathode gas (underflow gas flow) is shown.

燃料電池用セパレータ23は、図4及び図5に示すように、金属板30の一方の面に燃料電池用ガス供給拡散層42が形成された構造を有する。図5中、金属板30には、断面であることを示すハッチングを施している。金属板30は、インコネル、ニッケル、金、銀及び白金のうち一以上からなる金属、又はオーステナイト系ステンレス鋼板への金属のめっきもしくはクラッド材であることが好ましい。これらの金属を用いることにより、耐食性を向上できる。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell separator 23 has a structure in which the fuel cell gas supply diffusion layer 42 is formed on one surface of the metal plate 30. In FIG. 5, the metal plate 30 is hatched to indicate that it is a cross section. The metal plate 30 is preferably a metal made of one or more of inconel, nickel, gold, silver and platinum, or a metal plating or clad material on an austenitic stainless steel plate. Corrosion resistance can be improved by using these metals.

燃料電池用セパレータ23においては、金属板30の縦方向の一端部(図4の下部)に、図4の右、中央、左の順に、カソードガス流入口62Aと、冷却水流入口63Aと、アノードガス流出口61Bとが設けられている。また、他端部(図4の上部)に、図4の左、中央、右の順に、カソードガス流出口62Bと、冷却水流出口63Bと、アノードガス流入口61Aとが設けられている。 In the fuel cell separator 23, the cathode gas inlet 62A, the cooling water inlet 63A, and the anode are located at one end (lower part of FIG. 4) of the metal plate 30 in the vertical direction in the order of right, center, and left of FIG. A gas outlet 61B is provided. Further, at the other end (upper part of FIG. 4), a cathode gas outlet 62B, a cooling water outlet 63B, and an anode gas inlet 61A are provided in the order of left, center, and right in FIG.

各流入口61A,62A,63A、各流出口61B,62B,63B、及び、燃料電池用ガス供給拡散層42の形成領域のそれぞれの周囲は、電子導電性又は非電子導電性の緻密枠32によって囲まれている。緻密枠32はアノードガス、カソードガス及び冷却水の漏洩を防ぐ。緻密枠32の外面には、各流入口61A,62A,63A、各流出口61B,62B,63B、及び、燃料電池用ガス供給拡散層42の形成領域を囲むように、緻密枠32に沿って溝33Aが形成されている(図4には不図示。)。この溝33A内にガスケット(パッキン、Oリングなどのシール材)33が配置されている。 Around each of the inlets 61A, 62A, 63A, the outlets 61B, 62B, 63B, and the formation region of the fuel cell gas supply diffusion layer 42, an electronically conductive or non-electronically conductive compact frame 32 is used. being surrounded. The compact frame 32 prevents leakage of the anode gas, the cathode gas and the cooling water. On the outer surface of the compact frame 32, along the compact frame 32 so as to surround the formation regions of the inlets 61A, 62A, 63A, the outlets 61B, 62B, 63B, and the gas supply diffusion layer 42 for the fuel cell. A groove 33A is formed (not shown in FIG. 4). A gasket (sealing material such as packing and O-ring) 33 is arranged in the groove 33A.

金属板30の両面には、上記の各流入口61A,62A,63A、及び、各流出口61B,62B,63Bが設けられている部分を除いて、その全面に電子導電性を有する耐食層(図5においては図示せず)が形成されている。各流入口61A,62A,63A、及び、各流出口61B,62B,63Bの内周面に耐食層が形成されていてもよい。金属板30の側面及び端面に耐食層が形成されていてもよい。耐食層は、好ましくは緻密枠32と同じ組成の緻密層であり、金属板30の腐食を抑制する作用を有する。燃料電池用セパレータを組み合わせて図1あるいは図2に示すような燃料電池セルスタックを構成する段階で、ガスケット33は接合される他の燃料電池用セパレータ、膜電極接合体81又は集電板27A,27Bと密着して流体の漏洩を抑制する。 Corrosion-resistant layers having electron conductivity on both sides of the metal plate 30 except for the portions provided with the above-mentioned inlets 61A, 62A, 63A and outlets 61B, 62B, 63B. (Not shown in FIG. 5) is formed. Corrosion-resistant layers may be formed on the inner peripheral surfaces of the inlets 61A, 62A, 63A and the outlets 61B, 62B, 63B. A corrosion resistant layer may be formed on the side surface and the end surface of the metal plate 30. The corrosion-resistant layer is preferably a dense layer having the same composition as the dense frame 32, and has an effect of suppressing corrosion of the metal plate 30. At the stage where the fuel cell separators are combined to form the fuel cell stack as shown in FIG. 1 or 2, the gasket 33 is bonded to another fuel cell separator, membrane electrode assembly 81, or current collector plate 27A. It adheres to 27B and suppresses fuel leakage.

燃料電池用セパレータ23は、タイプCの燃料電池用セパレータであって、図4及び図5に示すように、基板としての長方形の金属板30の一方の面における中央部に、上流側から下流側に向かってカソードガス(燃料電池用ガス)が流れてカソードガスを供給・拡散する燃料電池用ガス供給拡散層42が形成されている。燃料電池用ガス供給拡散層42は、使用時に上流側から下流側に向かって燃料電池用ガスが流れる燃料電池用ガス供給拡散層であって、燃料電池用ガスを透過、拡散し、導電性を有する多孔質体層40を備える。多孔質体層40は、多孔質体からなるガス拡散部43と、多孔質体層40の一方の面に分散して配置された複数の孤立穴55とを有する。孤立穴55の各々は、互いに孤立して多孔質体層40に形成され、開口部を除く周囲がガス拡散部43に囲まれ、多孔質体の底を有する凹部からなる。また、多孔質体層40は、一方の面の流入側の隅部に位置するガス流入側溝51と一方の面の流出側の隅部に位置するガス流出側溝52とを有する(図4参照)。なお、多孔質体層40は、必要に応じて、後述(変形例7)のガス圧均等化用溝56、及び後述(変形例9)のバイパス用溝59を有していてもよい。 The fuel cell separator 23 is a type C fuel cell separator, and as shown in FIGS. 4 and 5, is located at the center of one surface of a rectangular metal plate 30 as a substrate, from the upstream side to the downstream side. A fuel cell gas supply / diffusion layer 42 is formed in which a cathode gas (fuel cell gas) flows toward the fuel cell to supply / diffuse the cathode gas. The fuel cell gas supply / diffusion layer 42 is a fuel cell gas supply / diffusion layer in which fuel cell gas flows from the upstream side to the downstream side during use, and permeates and diffuses the fuel cell gas to provide conductivity. The porous body layer 40 is provided. The porous body layer 40 has a gas diffusion portion 43 made of a porous body and a plurality of isolated holes 55 dispersed and arranged on one surface of the porous body layer 40. Each of the isolated holes 55 is formed in a porous body layer 40 isolated from each other, is surrounded by a gas diffusion portion 43 except for an opening, and is composed of a recess having a bottom of the porous body. Further, the porous body layer 40 has a gas inflow gutter 51 located in a corner on the inflow side of one surface and a gas outflow gutter 52 located in a corner on the outflow side of one surface (see FIG. 4). .. The porous body layer 40 may have a gas pressure equalizing groove 56 described later (deformed example 7) and a bypass groove 59 described later (deformed example 9), if necessary.

以降、上流側から下流側に向かう流れ方向(燃料電池用ガスの流入口が設けられている側の辺から燃料電池用ガスの流出口が設けられている辺に向かう方向,図4では符号Yの矢印の方向)をY方向とし、平面的にY方向に直交する幅方向(図4では符号Xの矢印の方向)をX方向として説明する。 Hereinafter, the flow direction from the upstream side to the downstream side (direction from the side where the fuel cell gas inlet is provided to the side where the fuel cell gas outlet is provided, reference numeral Y in FIG. 4). The direction of the arrow in FIG. 4) is defined as the Y direction, and the width direction (direction of the arrow of reference numeral X in FIG. 4) perpendicular to the Y direction in a plane is described as the X direction.

ガス流入側溝51は、平面的に見て、多孔質体層40の流入側の隅部において幅方向一杯に延びた細い矩形状の溝部分(段差部分)を有する。また、ガス流入側溝51は、孤立穴55に対応するように矩形状の溝部分(段差部分)からY方向流出側に分岐する複数の分岐溝部分(分岐段差部分)を有していてもよい。例えば、図4には、矩形状の溝部分(段差部分)から円形の孤立穴55を切り取った形状でY方向流出側に分岐する複数の分岐溝部分(分岐段差部分)が描かれている。ガス流入側溝51は、所定の深さで形成されている。 The gas inflow side groove 51 has a narrow rectangular groove portion (step portion) extending in the width direction at the corner portion on the inflow side of the porous body layer 40 when viewed in a plane. Further, the gas inflow gutter 51 may have a plurality of branch groove portions (branch step portions) that branch from the rectangular groove portion (step portion) to the Y-direction outflow side so as to correspond to the isolated hole 55. .. For example, FIG. 4 depicts a plurality of branch groove portions (branch step portions) that branch to the outflow side in the Y direction in the shape of a circular isolated hole 55 cut out from a rectangular groove portion (step portion). The gas inflow gutter 51 is formed at a predetermined depth.

ガス流出側溝52は、平面的に見て、多孔質体層40の流出側の隅部において幅方向一杯に延びた細い矩形状の溝部分(段差部分)を有する。また、ガス流出側溝52は、孤立穴55に対応するように矩形状の溝部分(段差部分)からY方向流入側に分岐する複数の分岐溝部分(分岐段差部分)を有していてもよい。例えば、図4には、矩形状の溝部分(段差部分)から円形の孤立穴55を切り取った形状でY方向流入側に分岐する複数の分岐溝部分(分岐段差部分)が描かれている。ガス流出側溝52は、ガス流入側溝51と同じ深さで形成されている。 The gas outflow side groove 52 has a narrow rectangular groove portion (step portion) extending in the width direction at the corner portion on the outflow side of the porous body layer 40 when viewed in a plane. Further, the gas outflow gutter 52 may have a plurality of branch groove portions (branch step portions) that branch from the rectangular groove portion (step portion) to the inflow side in the Y direction so as to correspond to the isolated hole 55. .. For example, FIG. 4 depicts a plurality of branch groove portions (branch step portions) that branch to the inflow side in the Y direction in a shape obtained by cutting out a circular isolated hole 55 from a rectangular groove portion (step portion). The gas outflow gutter 52 is formed at the same depth as the gas inflow gutter 51.

実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層においては、孤立穴55が、多孔質体層40の一方の面の所望の範囲にわたって分散して配置されている。各孤立穴55は、所定の規則性を備えた形状が好ましく、各孤立穴55の重心位置が、所定の規則性を備えて多孔質体層40の一方の面に配置されていることが好ましい。ここで、所望の範囲とは、多孔質体層40の一方の面に形成された孤立穴のうち、外側の孤立穴の重心位置を結んだ閉曲線に囲まれる範囲(図4では符号Rで示す二点鎖線に囲まれる範囲)である。所望の範囲は、多孔質体層の一方の表面積の60%以上をカバーしていればよく、好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上カバーしていればよい。所望の範囲は、多孔質体層40の一方の面の全面にわたって分散配置するようにしてもよい。また、孤立穴が分散して配置されているというのは、X方向及びY方向に等ピッチで並んで配置されている場合だけを意味するものではなく、所望の範囲においてそれほど偏ることなく点在して配置されていることを意味する。 In the fuel cell gas supply diffusion layer according to the embodiment, the isolated holes 55 are dispersed and arranged over a desired range on one surface of the porous body layer 40. Each isolated hole 55 preferably has a shape having a predetermined regularity, and the position of the center of gravity of each isolated hole 55 is preferably arranged on one surface of the porous body layer 40 with a predetermined regularity. .. Here, the desired range is a range surrounded by a closed curve connecting the positions of the centers of gravity of the outer isolated holes among the isolated holes formed on one surface of the porous body layer 40 (indicated by reference numeral R in FIG. 4). The range surrounded by the two-dot chain line). The desired range may cover 60% or more of the surface area of one of the porous body layers, preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. The desired range may be dispersed and arranged over the entire surface of one surface of the porous body layer 40. Further, the fact that the isolated holes are arranged in a dispersed manner does not mean only when they are arranged side by side at equal pitches in the X direction and the Y direction, and are scattered in a desired range without much bias. It means that it is arranged.

孤立穴55は、所望の範囲の面積(多孔質体層40の一方の面に形成された孤立穴のうち、外側の孤立穴の重心位置を結んだ閉曲線に囲まれる範囲の平面的な投影範囲の面積)をS1とし、複数の孤立穴55の合計面積(複数の孤立穴55を構成する全ての孤立穴について、それぞれの孤立穴の平面的な投影面積を合計した面積)をS2としたとき、「0.9×S1≧S2≧0.1×S1」の関係を満たすように配置されていることが好ましい。 The isolated hole 55 has an area of a desired range (a planar projection range of the isolated holes formed on one surface of the porous body layer 40, which is surrounded by a closed curve connecting the positions of the centers of gravity of the outer isolated holes. Area) is S1, and the total area of the plurality of isolated holes 55 (the total area of the planar projected areas of the isolated holes for all the isolated holes constituting the plurality of isolated holes 55) is S2. , It is preferable that they are arranged so as to satisfy the relationship of "0.9 × S1 ≧ S2 ≧ 0.1 × S1".

また、各孤立穴55は、全て同じ形状、大きさとしてもよいし、形状のみ同じにしてその大きさを変えてもよい。なお、少なくとも所望の範囲において、孤立穴55は、規則性をもたせて配置されていることが好ましい。 Further, the isolated holes 55 may all have the same shape and size, or only the shape may be the same and the size may be changed. It is preferable that the isolated holes 55 are arranged with regularity, at least in a desired range.

また孤立穴55の底の形状は、膜電極接合体81あるいは電解質膜(PEM)82に対し平行に平坦でも、場所によってその深さが異なるようにしてもよい。 Further, the shape of the bottom of the isolated hole 55 may be flat in parallel with the membrane electrode assembly 81 or the electrolyte membrane (PEM) 82, or the depth thereof may differ depending on the location.

したがって、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、複数の孤立穴55が多孔質体層40の一方の面に配置されていることから、燃料電池用ガスが孤立穴55を流れる際にガス拡散部43を伏流するよりも移動抵抗が小さくスムーズに流れるため、膜電極接合体81に対して従来よりも多量の燃料電池用ガスを供給できる。 Therefore, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment, since the plurality of isolated holes 55 are arranged on one surface of the porous body layer 40, when the fuel cell gas flows through the isolated holes 55. Since the movement resistance is smaller than that of the gas diffusion portion 43 and the flow is smooth, it is possible to supply a larger amount of fuel cell gas to the membrane electrode assembly 81 than before.

また、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、複数の孤立穴55が多孔質体層40の一方の面に形成されていることから、多孔質体層40の他方の面に配設される膜電極接合体81に対する燃料電池用ガスの供給は必ず多孔質体(ガス拡散部43)を介して行われるため、複数のガス流路が多孔質体層40の一方の面から他方の面にかけて形成されている場合よりも燃料電池用ガスを膜電極接合体に対して均一に供給できる。 Further, since the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment has a plurality of isolated holes 55 formed on one surface of the porous body layer 40, the gas supply diffusion layer 42 is arranged on the other surface of the porous body layer 40. Since the fuel cell gas is always supplied to the provided membrane electrode assembly 81 via the porous body (gas diffusion unit 43), a plurality of gas flow paths are formed from one surface of the porous body layer 40 to the other. The fuel cell gas can be uniformly supplied to the membrane electrode assembly as compared with the case where the gas is formed over the surface of the membrane electrode.

また、孤立穴の周囲が多孔質体(ガス拡散部43)で囲まれていることから、下流側の孤立穴には必ず多孔質体(ガス拡散部43)を通って進行するため、多孔質体層40にガス流路が流入側から流出側まで繋がるように形成されている場合よりも、燃料電池用ガスを多孔質体層40全体にわたって均一に拡散させることができる。 Further, since the isolated hole is surrounded by the porous body (gas diffusion section 43), the isolated hole on the downstream side always proceeds through the porous body (gas diffusion section 43), so that the isolated hole is porous. The fuel cell gas can be uniformly diffused over the entire porous body layer 40 as compared with the case where the gas flow path is formed in the body layer 40 so as to be connected from the inflow side to the outflow side.

その結果、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、従来よりも多量の燃料電池用ガスを膜電極接合体81に対して均一に供給できるようになることから、従来よりも燃料電池の発電効率を高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層となる。 As a result, the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment can uniformly supply a larger amount of fuel cell gas to the membrane electrode assembly 81 than before, so that the fuel cell can be supplied more uniformly than before. It is a gas supply diffusion layer for fuel cells that can increase the power generation efficiency of fuel cells.

また、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、上記のような特徴を有することから、発電に使用されなかった燃料電池用ガス(この場合カソードガス(酸素ガス、窒素ガス))を、多孔質体(ガス拡散部43)及び孤立穴55を介して効率良く燃料電池用ガス供給拡散層42外に排出できるようになるため、従来よりも燃料電池用ガスの移動抵抗が低く、ひいては、反応ガス濃度を高く保つことになり、従来よりも燃料電池の発電効率を高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層となる。 Further, since the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment has the above-mentioned characteristics, the fuel cell gas (in this case, cathode gas (oxygen gas, nitrogen gas)) that has not been used for power generation can be used. Since the fuel cell gas can be efficiently discharged to the outside of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 through the porous body (gas diffusion portion 43) and the isolated hole 55, the movement resistance of the fuel cell gas is lower than before, and by extension, The reaction gas concentration is kept high, and the fuel cell gas supply / diffusion layer can be used to increase the fuel cell power generation efficiency.

また、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、上記のような特徴を有することから、発電時に膜電極接合体81で生成した水蒸気または凝集水を、多孔質体(ガス拡散部43)及び孤立穴55を介して効率良く燃料電池用ガス供給拡散層42外に排出できるようになるため、従来よりも排水性に優れた燃料電池用ガス供給拡散層となる。 Further, since the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell according to the embodiment has the above-mentioned characteristics, the water vapor or aggregated water generated by the membrane electrode assembly 81 at the time of power generation is made into a porous body (gas diffusion unit 43). ) And the isolated hole 55 so that the gas can be efficiently discharged to the outside of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42, so that the fuel cell gas supply / diffusion layer has better drainage than the conventional one.

各孤立穴55は、幅が変化している形状であってもよく、例えば平面的に見て円形、楕円、菱形、三角形などとしてもよい。各孤立穴55は、ガス流入側溝51及びガス流出側溝52と同じ深さ、且つ一定の深さで形成してもよい。各孤立穴55は、内表面に多孔質体からなるガス拡散部43が露出している。 Each isolated hole 55 may have a shape having a variable width, and may be, for example, a circle, an ellipse, a rhombus, a triangle, or the like when viewed in a plane. Each isolated hole 55 may be formed at the same depth as the gas inflow gutter 51 and the gas outflow gutter 52, and at a constant depth. A gas diffusion portion 43 made of a porous body is exposed on the inner surface of each isolated hole 55.

このように、複数の孤立穴55が円形、楕円、菱形、三角形などのように幅が変化するような構成をとれば、燃料電池用ガスを二次元的に広げて供給することも可能となる。 In this way, if the plurality of isolated holes 55 have a configuration in which the width changes such as a circle, an ellipse, a rhombus, or a triangle, it is possible to supply the fuel cell gas in a two-dimensional manner. ..

孤立穴は、複数の孤立穴のうちの一の孤立穴と一の孤立穴の下流側に近接する孤立穴との位置関係に規則性をもたせて配置されていることが好ましい。孤立穴55は、図4に示すように、複数の孤立穴55のうちの一の孤立穴551から下流側に位置する孤立穴のうち、一の孤立穴551からX方向に沿った距離が最も短い孤立穴(すなわち孤立穴551の重心位置と近接する孤立穴の重心位置とを結ぶベクトルのX方向成分の絶対値が最も小さい(当該絶対値がゼロの場合ももちろん含む)孤立穴を第1近接孤立穴552とし、一の孤立穴551からX方向に沿った距離が二番目に短い孤立穴(すなわち孤立穴551の重心位置と近接する孤立穴の重心位置とを結ぶベクトルのX方向成分の絶対値が二番目に小さい孤立穴)を第2近接孤立穴553としたとき、一の孤立穴551と第1近接孤立穴552との間の距離であって、一の孤立穴551の開口部と第1近接孤立穴552の開口部との間の最短距離である第1間隔L1と、一の孤立穴551と第2近接孤立穴553との間の距離であって、一の孤立穴551の開口部と第2近接孤立穴553の開口部との間の最短距離である第2間隔L2とは、図4に示すように、「L2≦L1」の関係を満たすようにするとよい。すなわち、一の孤立穴551には、Y方向に並ぶ(X方向に沿った距離が最も短い)第1近接孤立穴552と隣の列(両隣の列)に位置する第2近接孤立穴553とが近接しているが、燃料電池用ガスが一の孤立穴551から第2近接孤立穴553に移動する際にガス拡散部43を通過する距離は、一の孤立穴551から第1近接孤立穴552に移動する際にガス拡散部43を通過する距離よりも短くなるようにする。このようにすると、一の孤立穴551から押し出された燃料電池用ガスは、第1近接孤立穴552よりも第2近接孤立穴553に向かって流れやすくなる。このため、一の孤立穴551から押し出された燃料電池用ガスが、第1近接孤立穴552に向かうよりも第2近接孤立穴553に多く向かうことでより広く拡散するようになる。よって、燃料電池用ガスを多孔質体層40全体にわたって均一に拡散させることができる。 It is preferable that the isolated holes are arranged with regularity in the positional relationship between the isolated hole of one of the plurality of isolated holes and the isolated hole adjacent to the downstream side of the isolated hole. As shown in FIG. 4, the isolated hole 55 has the longest distance along the X direction from the isolated hole 551 among the isolated holes located on the downstream side from the isolated hole 551 of the plurality of isolated holes 55. The first isolated hole is a short isolated hole (that is, the isolated hole having the smallest absolute value of the X-direction component of the vector connecting the position of the center of gravity of the isolated hole 551 and the position of the center of gravity of the adjacent isolated hole (including the case where the absolute value is zero, of course). The X-direction component of the vector connecting the isolated hole 552 and the isolated hole having the second shortest distance along the X direction from the isolated hole 551 (that is, the position of the center of gravity of the isolated hole 551 and the position of the center of gravity of the adjacent isolated hole 551). When the isolated hole with the second smallest absolute value) is set as the second isolated hole 553, it is the distance between the one isolated hole 551 and the first adjacent isolated hole 552, which is the opening of the one isolated hole 551. The distance between the first isolation hole L1 which is the shortest distance between the first isolation hole 552 and the opening of the first proximity isolation hole 552, and the distance between the one isolation hole 551 and the second proximity isolation hole 553, and the one isolation hole 551. The second interval L2, which is the shortest distance between the opening of the second proximity isolated hole 553 and the opening of the second proximity isolated hole 553, may satisfy the relationship of “L2 ≦ L1” as shown in FIG. , One isolated hole 551 includes a first proximity isolated hole 552 arranged in the Y direction (the shortest distance along the X direction) and a second proximity isolated hole 553 located in the adjacent row (both adjacent rows). Although they are close to each other, the distance that the fuel cell gas passes through the gas diffusion portion 43 when moving from the one isolated hole 551 to the second adjacent isolated hole 553 is from the one isolated hole 551 to the first adjacent isolated hole 552. When moving to, the distance is shorter than the distance through the gas diffusion portion 43. In this way, the fuel cell gas extruded from the one isolated hole 551 is the first than the first proximity isolated hole 552. 2 It becomes easier to flow toward the proximity isolated hole 553. Therefore, the gas for the fuel cell extruded from the one isolation hole 551 goes toward the second proximity isolation hole 553 more than toward the first proximity isolation hole 552. Therefore, the gas for the fuel cell can be uniformly diffused over the entire porous body layer 40.

また、第1間隔L1と第2間隔L2とは、図4に示すように、さらに「L1<2×L2」の関係を満たすようにしてもよい。すなわち、一の孤立穴551と第2近接孤立穴553との間隔が第2近接孤立穴553と第1近接孤立穴552との間隔と同じであるため、燃料電池用ガスが一の孤立穴551から直接第1近接孤立穴552に移動する際にガス拡散部43を通過する距離は、一の孤立穴551から第2近接孤立穴553を経由して第1近接孤立穴552に移動する際にガス拡散部43を通過する距離よりも短くする。このようにすると、燃料電池用ガスが一の孤立穴551から直接第1近接孤立穴552に移動する際にガス拡散部43を通過する距離(第1間隔L1)は、料電池用ガスが一の孤立穴551から第2近接孤立穴553を経由して第1近接孤立穴552に移動する際にガス拡散部43を通過する距離(2×第2間隔L2)より短くなる。このため、一の孤立穴551から直接第1近接孤立穴552に向かう燃料電池用ガスの流れが極端に少なくなることはなく、多孔質体層40全体にわたってバランス良く燃料電池用ガスを拡散させることができる。 Further, as shown in FIG. 4, the first interval L1 and the second interval L2 may further satisfy the relationship of “L1 <2 × L2”. That is, since the distance between the one isolated hole 551 and the second proximity isolated hole 553 is the same as the distance between the second proximity isolated hole 553 and the first proximity isolated hole 552, the fuel cell gas is one isolated hole 551. The distance passing through the gas diffusion unit 43 when directly moving from the first proximity isolated hole 552 to the first proximity isolated hole 552 via the second proximity isolated hole 553 is the distance from the one isolated hole 551. It should be shorter than the distance through the gas diffusion unit 43. In this way, when the fuel cell gas moves directly from the one isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552, the distance through the gas diffusion portion 43 (first interval L1) is such that the fuel cell gas is one. It is shorter than the distance (2 × second interval L2) that passes through the gas diffusion unit 43 when moving from the isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552 via the second proximity isolated hole 553. Therefore, the flow of the fuel cell gas directly from the one isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552 does not become extremely small, and the fuel cell gas is diffused in a well-balanced manner over the entire porous body layer 40. Can be done.

なお、「L2≦L1」の関係、及び、「L1<2×L2」の関係を満たす場合には、孤立穴間のX方向のピッチ及びY方向のピッチの値については、これらの、「L2≦L1」の関係、及び、「L1<2×L2」の関係を満たす範囲で、適宜設定すればよい。 When the relationship of "L2≤L1" and the relationship of "L1 <2 x L2" are satisfied, the values of the pitch in the X direction and the pitch in the Y direction between the isolated holes are set to "L2". It may be appropriately set within the range that satisfies the relationship of "≦ L1" and the relationship of "L1 <2 × L2".

実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層においては、所望の範囲の面積(多孔質体層40の一方の面に形成された孤立穴のうち、外側の孤立穴の重心位置を結んだ閉曲線に囲まれる範囲の平面的な投影範囲の面積)S1と複数の孤立穴の合計面積S2とが「0.9×S1≧S2≧0.1×S1」の関係を満たすように配置されていることが好ましい理由は以下の通りである。すなわち、上記のS2が上記のS1の10%以上である場合には、燃料電池用ガスが所望の範囲を流れる際の移動抵抗を十分に小さくできるため、膜電極接合体81に対して従来よりも多量の燃料電池用ガスを供給できるからである。また、S2がS1の90%以下である場合には、燃料電池用ガスが所望の範囲内を拡散しながら伏流する領域を最低限確保できるため、燃料電池用ガスを所望の範囲内において均一に拡散させやすくできるからである。なお、より多量の燃料電池用ガスを供給するという観点からは、多孔質体層40の面積S1と複数の孤立穴の合計面積S2とは、「S2≧0.2×S1」の関係を満たすことがより好ましく、「S2≧0.3×S1」の関係を満たすことがより一層好ましい。また、所望の範囲内において拡散させるという観点からは、「0.8×S1≧S2」の関係を満たすことがより好ましく、「0.7×S1≧S2」の関係を満たすことがより一層好ましい。 In the gas supply diffusion layer for a fuel cell according to the embodiment, an area of a desired range (a closed curve connecting the positions of the centers of gravity of the outer isolated holes among the isolated holes formed on one surface of the porous body layer 40). Area of the planar projection range of the enclosed area) S1 and the total area S2 of the plurality of isolated holes are arranged so as to satisfy the relationship of "0.9 × S1 ≧ S2 ≧ 0.1 × S1". Is preferable for the following reasons. That is, when the above S2 is 10% or more of the above S1, the movement resistance when the fuel cell gas flows in a desired range can be sufficiently reduced, so that the membrane electrode assembly 81 can be compared with the conventional one. This is because a large amount of fuel cell gas can be supplied. Further, when S2 is 90% or less of S1, a region where the fuel cell gas diffuses and sinks within a desired range can be secured at a minimum, so that the fuel cell gas can be uniformly distributed within the desired range. This is because it can be easily diffused. From the viewpoint of supplying a larger amount of fuel cell gas, the area S1 of the porous body layer 40 and the total area S2 of the plurality of isolated holes satisfy the relationship of “S2 ≧ 0.2 × S1”. It is more preferable, and it is even more preferable to satisfy the relationship of "S2 ≧ 0.3 × S1". Further, from the viewpoint of diffusing within a desired range, it is more preferable to satisfy the relationship of "0.8 × S1 ≧ S2", and even more preferably to satisfy the relationship of “0.7 × S1 ≧ S2”. ..

ガス拡散部43は、導電性を有し、細かな空隙が形成されている多孔質体からなる。ガス拡散部43は、平面的に見て略矩形状をしている。ガス拡散部43は、気体や液体をこの空隙を通して伏流させるのに適した気孔率で形成されている。詳細は後述する。 The gas diffusion portion 43 is made of a porous body having conductivity and having fine voids formed therein. The gas diffusion unit 43 has a substantially rectangular shape when viewed in a plane. The gas diffusion unit 43 is formed with a porosity suitable for allowing a gas or liquid to flow underground through the voids. Details will be described later.

なお、本明細書において、「伏流」とは、ガス流入側溝51、各孤立穴55、後述のガス圧均等化用溝56(変形例7)、及び後述のバイパス用溝59(変形例9)等からガス拡散部43中に押し出されたカソードガス(伏流ガス)の流れをいう。
また、本明細書において、「ガスの流入側から流出側に向かって」とは、「およそガスの流れるY方向に沿って」という意味であり、「ガスの流入側から流出側に向かう」方向は、多孔質体層40全体としてみた場合の多孔質体層40内のガスのY方向に沿った流れの方向である。これは、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42のように、カソードガス流入口62Aとカソードガス流出口62Bが金属板30の対角線上の位置に配設されている場合に、ガス流路は上記の対角線に沿って形成されている必要はなく、実施形態のように、「ガスの流入側から流出側に向かう」方向は、「多孔質体層40全体としてみた場合の多孔質体層40内のガスの流れの方向が、図4の紙面の下から上のY方向に向かうような場合は」、図4のように、図4の紙面の下から上のY方向に沿って孤立穴55は整列されていればよいし、また、それ以外の方向に沿って整列されていてもよい。
In addition, in this specification, "underground river" means a gas inflow side groove 51, each isolated hole 55, a gas pressure equalization groove 56 (modification example 7) described later, and a bypass groove 59 (modification example 9) described later. It refers to the flow of cathode gas (underground gas) extruded into the gas diffusion unit 43 from the above.
Further, in the present specification, "from the inflow side to the outflow side of the gas" means "almost along the Y direction in which the gas flows", and "toward the outflow side from the inflow side of the gas". Is the direction of flow of the gas in the porous body layer 40 as a whole along the Y direction. This is a case where the cathode gas inlet 62A and the cathode gas outlet 62B are arranged at diagonal positions of the metal plate 30 as in the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment. The path does not have to be formed along the diagonal line described above, and as in the embodiment, the direction of "from the inflow side to the outflow side of the gas" is "the porous body when viewed as the whole porous body layer 40". When the direction of the gas flow in the layer 40 is from the bottom to the top of the paper in FIG. 4 in the Y direction, as shown in FIG. 4, along the Y direction from the bottom to the top of the paper in FIG. The isolation holes 55 may be aligned as long as they are aligned, or may be aligned along other directions.

さらに、燃料電池用セパレータ23に関して詳しく説明する。カソードガスとしての空気(酸素ガス及び窒素ガス)は、多孔質体層40(ガス拡散部43)内を拡散する。多孔質体層40は、導電材(好ましくは炭素系導電材)と高分子樹脂の混合物を含む。高分子樹脂に炭素系導電材を混合することにより、高分子樹脂に高い導電性を付与することができ、また高分子樹脂の結着性により炭素材の成型性を向上させることができる。多孔質体層40の流体抵抗は、多孔質体層の気孔率と流体の流れる面の面積に依存する。気孔率が大きくなれば流体抵抗は小さくなる。流体が流れる面積が大きくなれば流体抵抗は小さくなる。およその目安としては、(カソードガス用の)燃料電池用ガス供給拡散層42においては、多孔質体層40の気孔率は、50~85%程度である。なお、(アノードガス用の)燃料電池用ガス供給拡散層41においては、多孔質体層40の気孔率は、30~85%程度である。 Further, the fuel cell separator 23 will be described in detail. Air (oxygen gas and nitrogen gas) as the cathode gas diffuses in the porous body layer 40 (gas diffusion unit 43). The porous body layer 40 contains a mixture of a conductive material (preferably a carbon-based conductive material) and a polymer resin. By mixing the carbon-based conductive material with the polymer resin, high conductivity can be imparted to the polymer resin, and the moldability of the carbon material can be improved by the binding property of the polymer resin. The fluid resistance of the porous body layer 40 depends on the porosity of the porous body layer and the area of the surface on which the fluid flows. The larger the porosity, the smaller the fluid resistance. The larger the area through which the fluid flows, the smaller the fluid resistance. As a rough guide, in the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell (for cathode gas), the porosity of the porous body layer 40 is about 50 to 85%. In the fuel cell gas supply diffusion layer 41 (for the anode gas), the porosity of the porous body layer 40 is about 30 to 85%.

多孔質体層40の気孔率が上記のように構成されていることから、ガス流路用溝55の内表面を介して、孤立穴55と多孔質体層40との間のカソードガス、水蒸気、凝結水の流通が適切に行われるようになる結果、多量の燃料電池用ガスを膜電極接合体に対して均一に供給できるようになり、また、発電時に使用されなかったカソードガスや発電時に生成した水蒸気や凝結水を孤立穴外に効率よく排出することができるようになる。その結果、燃料電池用ガス供給拡散層42においては、孤立穴55は、孤立穴55の内表面に金属、セラミックス、樹脂等からなるガス不透過層に微細なガス流通孔を多数開口したガス透過フィルターのようなものを形成する必要が無く、内表面に多孔質体からなるガス拡散部43が露出するよう構成されている。 Since the pore ratio of the porous body layer 40 is configured as described above, the cathode gas and water vapor between the isolated hole 55 and the porous body layer 40 pass through the inner surface of the gas flow path groove 55. As a result of proper circulation of condensed water, a large amount of fuel cell gas can be uniformly supplied to the membrane electrode assembly, and cathode gas that was not used during power generation and during power generation. The generated steam and condensed water can be efficiently discharged to the outside of the isolated hole. As a result, in the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell, the isolated hole 55 is a gas permeation layer in which a large number of fine gas flow holes are opened in a gas impermeable layer made of metal, ceramics, resin, etc. on the inner surface of the isolated hole 55. It is not necessary to form something like a filter, and the gas diffusion portion 43 made of a porous body is configured to be exposed on the inner surface.

炭素系導電材の含有率を調整することにより、燃料電池用ガス供給拡散層42の気孔率を調整することができ、ひいては、燃料電池用ガス供給拡散層42の移動抵抗を調整することができる。特に炭素系導電材の含有率を高くすると移動抵抗が小さくなる(気孔率が大きくなる)。逆に、炭素系導電材の含有率を低くすると移動抵抗が大きくなる(気孔率が小さくなる)。耐食層及び緻密枠32も炭素系導電材と高分子樹脂の混合物であり、炭素系導電材の適度な含有率により、導電性を確保しつつ緻密化したものであるのが好ましい。 By adjusting the content of the carbon-based conductive material, the pore ratio of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 can be adjusted, and by extension, the moving resistance of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 can be adjusted. .. In particular, when the content of the carbon-based conductive material is increased, the movement resistance decreases (the porosity increases). On the contrary, when the content of the carbon-based conductive material is lowered, the movement resistance becomes large (the porosity becomes small). The corrosion-resistant layer and the dense frame 32 are also a mixture of a carbon-based conductive material and a polymer resin, and are preferably densified while ensuring conductivity by an appropriate content of the carbon-based conductive material.

炭素系導電材としては特に限定されないが、例えば黒鉛、カーボンブラック、ダイヤモンド被覆カーボンブラック、炭化ケイ素、炭化チタン、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等を用いることができる。高分子樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれも用いることができる。高分子樹脂の例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ゴム系樹脂、フラン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂等が挙げられる。 The carbon-based conductive material is not particularly limited, and for example, graphite, carbon black, diamond-coated carbon black, silicon carbide, titanium carbide, carbon fiber, carbon nanotubes and the like can be used. As the polymer resin, either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used. Examples of the polymer resin include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, rubber resin, furan resin, vinylidene fluoride resin and the like.

カソードガス流入口62Aと多孔質体層40が形成されている領域との間には流入通路57が形成されている(図4参照。)。カソードガス流出口62Bと多孔質体層40が形成されている領域との間には流出通路58が形成されている。これらの流入通路57及び流出通路58は膜電極接合体81又はそのフレーム81Aを支持するためのものである。したがって、カソードガスを円滑に流し、かつ膜電極接合体81をサポートできる構造であればよい。例えば、気孔率のきわめて大きい多孔質体層でもよいし、多数の支柱を配列した構造でもよい。多孔質体層40における流入通路57と面する領域には金属板30の幅方向に沿って細長い流入側溝51が形成されている。また、多孔質体層40における流出通路58と面する領域にも金属板30の幅方向に沿って細長い流出側溝52が形成されている。但し、流入側溝51及び流出側溝52は、これらを省略することもできる。 An inflow passage 57 is formed between the cathode gas inflow port 62A and the region where the porous body layer 40 is formed (see FIG. 4). An outflow passage 58 is formed between the cathode gas outlet 62B and the region where the porous body layer 40 is formed. These inflow passages 57 and outflow passages 58 are for supporting the membrane electrode assembly 81 or its frame 81A. Therefore, any structure may be used as long as it can smoothly flow the cathode gas and support the membrane electrode assembly 81. For example, it may be a porous body layer having an extremely large porosity, or it may be a structure in which a large number of columns are arranged. In the region of the porous body layer 40 facing the inflow passage 57, an elongated inflow gutter 51 is formed along the width direction of the metal plate 30. Further, an elongated outflow gutter 52 is formed along the width direction of the metal plate 30 in the region of the porous body layer 40 facing the outflow passage 58. However, the inflow side groove 51 and the outflow side groove 52 may be omitted.

多孔質体層40、流入通路57、及び流出通路58は、図5に示すように、緻密枠32と同じ高さ(厚さ)に形成されている。燃料電池用ガス供給拡散層42における金属板30に対向する側の面には、空隙からなる複数の孤立穴55が設けられており、これら複数の孤立穴55と金属板30との隙間に複数のガス流路が形成されている。孤立穴55は前述したような配置で複数形成されている。各孤立穴55は、ガス拡散部43を伏流して流入してきた燃料電池用ガスを、移動抵抗を減らして広げて再びガス拡散部43に流出させることで、強制伏流により拡散させる。孤立穴55の数及び構造は図示のものに限定されない。 As shown in FIG. 5, the porous body layer 40, the inflow passage 57, and the outflow passage 58 are formed at the same height (thickness) as the compact frame 32. A plurality of isolated holes 55 composed of voids are provided on the surface of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 on the side facing the metal plate 30, and a plurality of isolated holes 55 are provided in the gaps between the plurality of isolated holes 55 and the metal plate 30. Gas flow path is formed. A plurality of isolated holes 55 are formed in the arrangement as described above. Each isolated hole 55 diffuses the fuel cell gas that has flowed in through the gas diffusion unit 43 by forced underground flow by reducing the movement resistance, expanding the gas, and causing the gas to flow out to the gas diffusion unit 43 again. The number and structure of the isolated holes 55 are not limited to those shown in the figure.

実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、これを輸送機器用の燃料電池に用いる場合には、輸送機器の種類・大きさにもよるが、多孔質体層40の横幅は例えば30mm~300mm程度である。孤立穴55の幅Wは例えば0.3mm~2mm程度である。多孔質体層40の厚さは例えば150~400μm程度であり、孤立穴55の深さは例えば100~300μm程度であり、孤立穴の底と多孔質体層40の他方の面との距離(天井厚)は例えば100~300μm程度である。実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42を輸送機器以外の用途(例えば定置用)の燃料電池に用いる場合には、上記のサイズに限定されるものではなく、必要とされる性能などに応じて適宜のサイズのものを用いることができる。 When the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment is used for a fuel cell for transportation equipment, the width of the porous body layer 40 is, for example, 30 mm, although it depends on the type and size of the transportation equipment. It is about 300 mm. The width W of the isolated hole 55 is, for example, about 0.3 mm to 2 mm. The thickness of the porous body layer 40 is, for example, about 150 to 400 μm, the depth of the isolated hole 55 is, for example, about 100 to 300 μm, and the distance between the bottom of the isolated hole and the other surface of the porous body layer 40 ( The ceiling thickness) is, for example, about 100 to 300 μm. When the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell according to the embodiment is used for a fuel cell for an application other than transportation equipment (for example, for stationary use), the size is not limited to the above, and the required performance and the like can be obtained. Depending on the size, an appropriate size can be used.

タイプAの燃料電池用セパレータ22における燃料電池用ガス供給拡散層41も、基本的には燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の構成を有する。但し、燃料電池用ガス供給拡散層に供給するガスが水素ガスであることから、燃料電池用ガス供給拡散層42よりも気孔率が低く、また、厚さが薄い(後述する図7(b)参照。)。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 41 in the type A fuel cell separator 22 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42. However, since the gas supplied to the fuel cell gas supply diffusion layer is hydrogen gas, the pore ratio is lower and the thickness is thinner than that of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 (FIG. 7 (b) described later). reference.).

タイプCAの燃料電池用セパレータ21においては、燃料電池用ガス供給拡散層として燃料電池用ガス供給拡散層41及び燃料電池用ガス供給拡散層42を用いる(後述する図7(a)参照。)。タイプCWの燃料電池用セパレータ24は、タイプCの燃料電池用セパレータ23における燃料電池用ガス供給拡散層42が形成されていない面に冷却水供給拡散層が形成されたものである(後述する図7(c)参照。)。タイプAWの燃料電池用セパレータ25は、タイプAの燃料電池用セパレータ22における燃料電池用ガス供給拡散層41が形成されていない面に冷却水供給拡散層が形成されたものである(後述する図7(d)参照。)。 In the fuel cell separator 21 of the type CA, the fuel cell gas supply / diffusion layer 41 and the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 are used as the fuel cell gas supply / diffusion layer (see FIG. 7A described later). The type CW fuel cell separator 24 has a cooling water supply / diffusion layer formed on a surface of the type C fuel cell separator 23 on which the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 is not formed (see a figure to be described later). 7 (c).). The type AW fuel cell separator 25 has a cooling water supply / diffusion layer formed on a surface of the type A fuel cell separator 22 on which the fuel cell gas supply / diffusion layer 41 is not formed (see a figure to be described later). 7 (d).).

燃料電池スタック20を運転すると、アノードガス(水素ガス)を導入する燃料極ではプロトン(H+)が生成する。プロトンは、膜電極接合体81中を拡散して酸素極側に移動し、酸素と反応して水が生成する。生成した水は、酸素極側から排出される。このとき、上記のような構造を有する燃料電池用ガス供給拡散層42を備える燃料電池用セパレータ23においては、カソードガス流入口62Aから流入した空気は流入通路57及び流入側溝51からガス拡散部43に入り、伏流した空気は、孤立穴55を経由することで移動抵抗が大きい多孔質体内通過する距離を減らせるため、孤立穴55間を渡り進むようにして流出側に向かう。孤立穴55に流入した空気は、孤立穴55内に広がり、孤立穴55の内表面から再びガス拡散部43に押し出されて強制伏流させられてさまざまな方向に拡散する。 When the fuel cell stack 20 is operated, protons (H +) are generated at the fuel electrode into which the anode gas (hydrogen gas) is introduced. The protons diffuse in the membrane electrode assembly 81 and move to the oxygen electrode side, and react with oxygen to generate water. The generated water is discharged from the oxygen electrode side. At this time, in the fuel cell separator 23 provided with the fuel cell gas supply diffusion layer 42 having the above structure, the air flowing in from the cathode gas inflow port 62A flows from the inflow passage 57 and the inflow side groove 51 to the gas diffusion portion 43. The air that has entered and submerged passes through the isolated hole 55 to reduce the distance through which the porous body has a large movement resistance, so that the air passes through the isolated hole 55 and heads toward the outflow side. The air flowing into the isolated hole 55 spreads in the isolated hole 55, is pushed out again from the inner surface of the isolated hole 55 to the gas diffusion portion 43, is forced underground, and diffuses in various directions.

空気が孤立穴55間を渡り進むようにして流出側に向かうことを図4及び図6(a)を参照してさらに詳しく説明すると、孤立穴55は空洞であり空気の移動抵抗がガス拡散部43よりも小さくなるため、空気は、ガス拡散部43を通過するよりも孤立穴55を通過しようとする。このため、一の孤立穴551からガス拡散部43に平面方向に押し出された空気は、下流側に近接する第1近接孤立穴552又は第2近接孤立穴553に向かって伏流する。特に、第1間隔L1と第2間隔L2とが「L1≦L2」の関係を満たす場合には、一の孤立穴551から第2近接孤立穴553までのガス拡散部43を通過する距離(第2間隔L2)が第1近接孤立穴552までのガス拡散部43を通過する距離(第1間隔L1)と同じ又はより短くなり、一の孤立穴551から押し出された空気の多くは、X方向にずれて第2近接孤立穴553に向かって伏流する。第2近接孤立穴553に流入した空気は、再びガス拡散部43に押し出され、同様にして、第2近接孤立穴553の上流に隣接する孤立穴に向けて伏流する。このような繰り返しにより、空気が孤立穴55間を渡り進むようにして流出側に向かう。 Explaining in more detail that the air travels between the isolated holes 55 toward the outflow side with reference to FIGS. 4 and 6 (a), the isolated holes 55 are hollow and the movement resistance of the air is higher than that of the gas diffusion portion 43. Also, the air tends to pass through the isolated hole 55 rather than through the gas diffuser 43. Therefore, the air extruded in the plane direction from the one isolated hole 551 to the gas diffusion portion 43 flows underground toward the first proximity isolated hole 552 or the second proximity isolated hole 553 adjacent to the downstream side. In particular, when the first interval L1 and the second interval L2 satisfy the relationship of "L1 ≦ L2", the distance passing through the gas diffusion portion 43 from the one isolated hole 551 to the second proximity isolated hole 553 (the first). The distance (2 intervals L2) is the same as or shorter than the distance (first interval L1) passing through the gas diffusion portion 43 to the first proximity isolated hole 552, and most of the air extruded from the one isolated hole 551 is in the X direction. Underground toward the second proximity isolated hole 553. The air that has flowed into the second proximity isolated hole 553 is pushed out to the gas diffusion portion 43 again, and similarly, underground flows toward the isolated hole adjacent to the upstream of the second proximity isolated hole 553. By such repetition, the air travels between the isolated holes 55 and heads toward the outflow side.

また、第1間隔L1と第2間隔L2とが「L1<2×L2」の関係をさらに満たす場合には、一の孤立穴551から直接第1近接孤立穴552までのガス拡散部43を通過する距離(第1間隔L1)が一の孤立穴551から第2近接孤立穴553を経由して第1近接孤立穴552までのガス拡散部43を通過する距離(2×第2間隔L2)より短くなり、空気の一部は、一の孤立穴551から直接第1近接孤立穴552に向かうルートで伏流する。 Further, when the first interval L1 and the second interval L2 further satisfy the relationship of "L1 <2 x L2", the gas diffusion portion 43 directly from the one isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552 passes through. From the distance (2 × second interval L2) that the distance (first interval L1) passes through the gas diffusion portion 43 from the one isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552 via the second proximity isolated hole 553. Shortened, a portion of the air is subsoiled by a route directly from one isolated hole 551 to the first proximity isolated hole 552.

また、図6(b)に示すように、空気は、多孔質体層40(ガス拡散部43)内を平面方向に拡散しながら厚さ方向にも拡散し、多孔質体層40(ガス拡散部43)に接して設けられた膜電極接合体81に供給され、発電反応に寄与する。発電に使用されなかったガス(未使用の酸素ガス及び窒素ガス)及び発電時に生成した水(水蒸気又は凝縮水)は多孔質体層40(ガス拡散部43)、孤立穴55、流出側溝52を介して流出通路58に流出する。流出通路58に流出した酸素ガス、窒素ガス及び水は、最終的に流出通路58からカソードガス流出口62B及びカソードガス排出口72Bを通って排出されていく。このとき、燃料電池用ガス供給拡散層42の構造上、全ての水は排出されず、一部が多孔質体層40(ガス拡散部43)内に留まる。 Further, as shown in FIG. 6B, the air diffuses in the porous body layer 40 (gas diffusion unit 43) in the planar direction and also in the thickness direction, and the porous body layer 40 (gas diffusion). It is supplied to the membrane electrode assembly 81 provided in contact with the portion 43) and contributes to the power generation reaction. The gas not used for power generation (unused oxygen gas and nitrogen gas) and the water generated during power generation (steam or condensed water) form the porous body layer 40 (gas diffusion portion 43), the isolated hole 55, and the outflow side groove 52. It flows out to the outflow passage 58 through the outflow passage 58. The oxygen gas, nitrogen gas and water flowing out to the outflow passage 58 are finally discharged from the outflow passage 58 through the cathode gas outlet 62B and the cathode gas discharge port 72B. At this time, due to the structure of the gas supply diffusion layer 42 for the fuel cell, all the water is not discharged, and a part of the water remains in the porous body layer 40 (gas diffusion portion 43).

実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42は、上記のような特徴を有することから、発電時に膜電極接合体で生成した水(水蒸気又は凝縮水)を、多孔質体層40及び孤立穴55を介して孤立穴外に効率良く排出できるようになる。また、伏流領域においては伏流ガス流れに押し出される形で水を孤立穴外に効率良く排出できるようになる。 Since the fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment has the above-mentioned characteristics, the water (water vapor or condensed water) generated by the membrane electrode assembly during power generation is transferred to the porous body layer 40 and the isolated hole. It becomes possible to efficiently discharge to the outside of the isolated hole via 55. Further, in the underground river region, water can be efficiently discharged to the outside of the isolated hole in the form of being pushed out by the underground gas flow.

また、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42を、カソードガス用の燃料電池用ガス供給拡散層に利用した場合には、特に顕著な効果が得られる。この場合には、上記のような特徴を有することから、発電に使用されなかったカソードガスを、ガス拡散部43(多孔質体)及び孤立穴55を介して効率良く回収できるようになるため、従来よりも燃料電池の発電効率をより一層高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層となる。さらにまた、上記のような特徴を有することから、発電時に膜電極接合体81で生成した水蒸気又は凝集水を、ガス拡散部43(多孔質体)及び孤立穴55を介して効率良く回収できるようになるため、従来よりも排水性に優れた燃料電池用ガス供給拡散層となる。 Further, when the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment is used for the fuel cell gas supply / diffusion layer for cathode gas, a particularly remarkable effect can be obtained. In this case, since it has the above-mentioned characteristics, the cathode gas that has not been used for power generation can be efficiently recovered through the gas diffusion portion 43 (porous body) and the isolated hole 55. It is a gas supply / diffusion layer for fuel cells that can further increase the power generation efficiency of fuel cells. Furthermore, since it has the above-mentioned characteristics, the water vapor or aggregated water generated in the membrane electrode assembly 81 during power generation can be efficiently recovered through the gas diffusion unit 43 (porous body) and the isolated hole 55. Therefore, it becomes a gas supply diffusion layer for a fuel cell having better drainage than before.

実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42を、カソードガスが空気である場合に特に顕著な効果が得られる。この場合には、上記のような特徴を有することから、発電に使用されない窒素ガスをガス拡散部43(多孔質体)及び孤立穴55を介して効率良く排出できるようになるため、従来よりも燃料電池用ガスの移動抵抗を低くでき、従来よりも燃料電池の発電効率をより一層高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層となる。 The fuel cell gas supply diffusion layer 42 according to the embodiment has a particularly remarkable effect when the cathode gas is air. In this case, since it has the above-mentioned characteristics, the nitrogen gas that is not used for power generation can be efficiently discharged through the gas diffusion portion 43 (porous body) and the isolated hole 55, so that it can be efficiently discharged as compared with the conventional case. It is a fuel cell gas supply / diffusion layer that can reduce the movement resistance of the fuel cell gas and further increase the power generation efficiency of the fuel cell.

実施形態に係る燃料電池用セパレータ23は、金属板30と、金属板30の少なくとも一方の面に配設された燃料電池用ガス供給拡散層とを備える燃料電池用セパレータであって、燃料電池用ガス供給拡散層が実施形態に係る
燃料電池用ガス供給拡散層42であり、当該燃料電池用ガス供給拡散層42は、複数のガス流路用溝55が金属板30側に位置するように金属板30に対して配置されており、ガス流路用溝55と金属板30とでガス流路が構成されていることから、従来よりも燃料電池の発電効率を高くでき、さらには、従来よりも排水性に優れた、燃料電池用セパレータとなる。
The fuel cell separator 23 according to the embodiment is a fuel cell separator provided with a metal plate 30 and a fuel cell gas supply diffusion layer disposed on at least one surface of the metal plate 30 for a fuel cell. The gas supply / diffusion layer is the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, and the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 is made of metal so that a plurality of gas flow path grooves 55 are located on the metal plate 30 side. Since it is arranged with respect to the plate 30 and the gas flow path is composed of the gas flow path groove 55 and the metal plate 30, the power generation efficiency of the fuel cell can be made higher than before, and further, the conventional method. It is also a separator for fuel cells with excellent drainage.

また、実施形態に係る燃料電池セルスタック20は、燃料電池用セパレータと、膜電極接合体とが積層されてなる燃料電池セルスタックであって、燃料電池用セパレータが、実施形態に係る燃料電池用セパレータ23であり、当該燃料電池用セパレータ23と膜電極接合体81とは、燃料電池用ガス供給拡散層42の複数のガス流路用溝55が形成されていない側の面に膜電極接合体81が位置する位置関係で積層されていることから、従来よりも燃料電池の発電効率を高くでき、さらには、従来よりも排水性に優れた、燃料電池セルスタックとなる。 Further, the fuel cell stack 20 according to the embodiment is a fuel cell stack in which a fuel cell separator and a membrane electrode joint are laminated, and the fuel cell separator is for a fuel cell according to the embodiment. The separator 23 is a fuel cell separator 23 and the membrane electrode joint 81 is a membrane electrode joint on the surface of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 on the side where a plurality of gas flow path grooves 55 are not formed. Since the 81s are stacked in a positional relationship, the fuel cell stack can have higher power generation efficiency than the conventional one, and has better drainage than the conventional one.

[燃料電池用セパレータ23の製造方法]
一例として、耐食層、緻密枠32、燃料電池用ガス供給拡散層42等は等方圧加圧により形成する。たとえば熱硬化性樹脂を用いる場合(熱可塑性樹脂でもよい)、炭素系導電材粉末(及び、状況に応じて炭素繊維)、樹脂粉末及び揮発性溶剤を混錬してペースト状にする。このペーストには、耐食層、及び緻密枠用のもの、流体供給拡散層用のもの等、多数種類を用意しておく。そして、金属板30上に、耐食層、緻密枠32のパターン、燃料電池用ガス供給拡散層42のパターン等を順次プリント、スタンプ、絞り出し等により形成する。各パターンの形成ごとに溶剤を揮発させる。上記のすべてのパターンが形成された金属板30の全体を軟質の薄いゴムバックに入れ、真空に脱気した後、ゴムバックを耐圧容器に入れ、加熱流体を容器内に導入して、加熱流体で等方圧加圧して樹脂を硬化させる。緻密枠32、燃料電池用ガス供給拡散層42の高さ(厚さ)を最終的に同じ高さ(厚さ)にするために、樹脂硬化の際の収縮の程度に応じて、これらの各枠、壁、層等の高さ(厚さ)をパターン作製時に調整しておくことが好ましい。
[Manufacturing method of separator 23 for fuel cell]
As an example, the corrosion resistant layer, the compact frame 32, the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell, and the like are formed by isotropic pressure pressurization. For example, when a thermosetting resin is used (a thermoplastic resin may be used), a carbon-based conductive material powder (and carbon fiber depending on the situation), a resin powder and a volatile solvent are kneaded into a paste. A large number of types of this paste are prepared, such as those for a corrosion resistant layer, those for a dense frame, and those for a fluid supply / diffusion layer. Then, a corrosion resistant layer, a pattern of the dense frame 32, a pattern of the gas supply / diffusion layer 42 for a fuel cell, and the like are sequentially formed on the metal plate 30 by printing, stamping, squeezing, and the like. The solvent is volatilized for each pattern formation. The entire metal plate 30 on which all the above patterns are formed is placed in a soft thin rubber bag, degassed into a vacuum, then the rubber bag is placed in a pressure-resistant container, the heating fluid is introduced into the container, and the heating fluid is heated. Isotropic pressure is applied to cure the resin. In order to make the height (thickness) of the compact frame 32 and the gas supply diffusion layer 42 for the fuel cell finally the same height (thickness), each of these depends on the degree of shrinkage during resin curing. It is preferable to adjust the height (thickness) of the frame, wall, layer, etc. at the time of pattern production.

一方で、金属板30上に耐食層を形成しておき、他方で緻密枠32、燃料電池用ガス供給拡散層42を形成し、最後にこれらを熱圧着して製造することもできる。このとき緻密枠32は金属板30上の耐食層と同時に作成してもよい。第1段階で金属板30上に耐食層と緻密枠32とを作成し、この後第2段階で燃料電池用ガス供給拡散層42のペーストを金属板30の耐食層上に順次印刷し、乾燥させた後、ロールプレス(ホットプレス)で硬化させて製造することもできる。 On the one hand, a corrosion-resistant layer may be formed on the metal plate 30, and on the other hand, a compact frame 32 and a gas supply / diffusion layer 42 for a fuel cell may be formed, and finally these may be thermocompression bonded. At this time, the compact frame 32 may be formed at the same time as the corrosion resistant layer on the metal plate 30. In the first step, a corrosion-resistant layer and a compact frame 32 are created on the metal plate 30, and then in the second step, the paste of the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell is sequentially printed on the corrosion-resistant layer of the metal plate 30 and dried. After that, it can be manufactured by curing with a roll press (hot press).

または、次のような製造方法を用いることもできる。カーボンファイバー(CF)、少量の黒煙微粒子(GCB)及び結着剤となる熱可塑性もしくは熱硬化性又は繊維状物を形成する樹脂を混錬してシート状に形成し、硬化する前のグリーンシート状態のときに、流入通路57、流出通路58、流入側溝51、流出側溝52及孤立穴55に対応する形状の突起を有するスタンプ型をシートに押し当てて、流入通路57、流出通路58、流入側溝51、流出側溝52及孤立穴55を形成する。最後にグリーンシートを熱処理し、これを耐食層が形成された金属板30に接着する。 Alternatively, the following manufacturing method can also be used. Carbon fiber (CF), a small amount of black smoke fine particles (GCB), and a resin that forms a thermoplastic or thermosetting or fibrous material that serves as a binder are kneaded to form a sheet, which is green before curing. In the sheet state, a stamp mold having protrusions having a shape corresponding to the inflow passage 57, the outflow passage 58, the inflow side groove 51, the outflow side groove 52 and the isolated hole 55 is pressed against the sheet, and the inflow passage 57, the outflow passage 58, The inflow side groove 51, the outflow side groove 52 and the isolated hole 55 are formed. Finally, the green sheet is heat-treated and adhered to the metal plate 30 on which the corrosion-resistant layer is formed.

燃料電池用ガス供給拡散層42の移動抵抗(又は流体抵抗)は、多孔質体層40の気孔率と流体の流れる方向に直交する面の面積(各層の高さ(厚さ)と幅)に依存する。気孔率が大きくなれば移動抵抗は小さくなる。流体が流れる面積が大きくなれば移動抵抗は小さくなる(単位面積当りの移動抵抗は一定である)。おおよその目安としては、燃料電池用ガス供給拡散層の気孔率は、(アノードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層42については30~85%程度、(カソードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層41については50~85%程度である。気孔率Pは、測定が容易な、P=(多孔質体層中の気孔の体積)/(多孔質体層の体積)で定められる。ここで、気孔は外部に通じていない気孔を含む真の気孔である。 The movement resistance (or fluid resistance) of the gas supply diffusion layer 42 for a fuel cell is the area of the plane orthogonal to the porosity of the porous body layer 40 and the flow direction of the fluid (height (thickness) and width of each layer). Dependent. The larger the porosity, the smaller the movement resistance. The larger the area in which the fluid flows, the smaller the moving resistance (the moving resistance per unit area is constant). As a rough guide, the pore ratio of the gas supply / diffusion layer for fuel cells is about 30 to 85% for the gas supply / diffusion layer 42 for fuel cells (for anode gas), and the gas supply / diffusion for fuel cells (for cathode gas). The layer 41 is about 50 to 85%. The porosity P is determined by P = (volume of pores in the porous body layer) / (volume of the porous body layer), which is easy to measure. Here, the pores are true pores including pores that do not lead to the outside.

なお、上記した製造方法は、燃料電池用セパレータ23以外の燃料電池用セパレータ(燃料電池用セパレータ21、燃料電池用セパレータ22、燃料電池用セパレータ24及び燃料電池用セパレータ25)を製造する際にも適用できる。 The above-mentioned manufacturing method is also used when manufacturing a fuel cell separator (fuel cell separator 21, fuel cell separator 22, fuel cell separator 24, and fuel cell separator 25) other than the fuel cell separator 23. Applicable.

[燃料電池用セパレータ23以外の燃料電池用セパレータ]
図7は、燃料電池用セパレータ23以外の燃料電池用セパレータ(燃料電池用セパレータ21、燃料電池用セパレータ22、燃料電池用セパレータ24及び燃料電池用セパレータ25)の断面図である。図7(a)はタイプCAの燃料電池用セパレータ21の断面図であり、図7(b)はタイプAの燃料電池用セパレータ22の断面図であり、図7(c)はタイプCWの燃料電池用セパレータ24の断面図であり、図7(d)はタイプAWの燃料電池用セパレータ25の断面図である。
[Fuel cell separator other than fuel cell separator 23]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a fuel cell separator (fuel cell separator 21, fuel cell separator 22, fuel cell separator 24, and fuel cell separator 25) other than the fuel cell separator 23. 7 (a) is a cross-sectional view of a type CA fuel cell separator 21, FIG. 7 (b) is a cross-sectional view of a type A fuel cell separator 22, and FIG. 7 (c) is a type CW fuel. It is sectional drawing of the separator 24 for a battery, and FIG. 7 (d) is a sectional view of the separator 25 for a fuel cell of type AW.

本発明の燃料電池用ガス供給拡散層は、燃料電池用セパレータ21の(カソードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層42及び/又は(アノードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層41に適用することができる(図7(a)参照。)。また、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層は、燃料電池用セパレータ22の(アノードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層41に適用することができる(図7(b)参照。)。また、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層は、燃料電池用セパレータ24の(カソードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層42に適用することができる(図7c)参照。)。また、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層は、燃料電池用セパレータ25の(アノードガス用)燃料電池用ガス供給拡散層41に適用することができる(図7(b)参照。)。 The fuel cell gas supply / diffusion layer of the present invention is applied to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 (for cathode gas) and / or the fuel cell gas supply / diffusion layer 41 (for anode gas) of the fuel cell separator 21. (See FIG. 7 (a)). Further, the fuel cell gas supply / diffusion layer of the present invention can be applied to the fuel cell gas supply / diffusion layer 41 (for the anode gas) of the fuel cell separator 22 (see FIG. 7B). Further, the fuel cell gas supply / diffusion layer of the present invention can be applied to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 (for the cathode gas) of the fuel cell separator 24 (FIG. 7c). ). Further, the fuel cell gas supply / diffusion layer of the present invention can be applied to the fuel cell gas supply / diffusion layer 41 (for the anode gas) of the fuel cell separator 25 (see FIG. 7B).

このように本発明の燃料電池用ガス供給拡散層を上記のような燃料電池用セパレータ21,22,24,25の燃料電池用ガス供給拡散層に適用した場合であっても、従来よりも多量の燃料電池用ガスを膜電極接合体に対して均一に供給できるようになることから、従来よりも燃料電池の発電効率を高くできる、燃料電池用ガス供給拡散層となる。 As described above, even when the gas supply / diffusion layer for a fuel cell of the present invention is applied to the gas supply / diffusion layer for a fuel cell of the fuel cell separators 21, 22, 24, 25 as described above, the amount is larger than before. Since the fuel cell gas can be uniformly supplied to the membrane electrode joint, the fuel cell gas supply diffusion layer can be made higher in fuel cell power generation efficiency than in the past.

[構成例1]
本発明の1実施形態として図4に示すような燃料電池用ガス供給拡散層の構成例を示すことができる。すなわち図4では、上述のような基本構成の加え、所定の規則性として、X方向に等ピッチ(Xピッチ)で並んだY方向に延びる複数の線上に、Y方向に等ピッチ(Yピッチ)で配置されている。孤立穴55は、Y方向の並びを1列としX方向の端側からn列とすると、奇数列同士及び偶数列同士のY方向の位置が同じで、奇数列と偶数列とのY方向の位置がYピッチの半分ずれている(いわゆる千鳥パターン構成である)。このように、孤立穴55は、X方向及びY方向に規則性をもたせて配置されている。また、図4では、各孤立穴55は、形や大きさを含め、全て同形状であり 、各孤立穴55が多孔質体層40の一方の面に配置されている。各孤立穴55は、幅が変化している形状であり、具体的には円形である。各孤立穴55は、ガス流入側溝51及びガス流出側溝52と同じ深さ、且つ一定の深さで形成されている。各孤立穴55は、内表面に多孔質体からなるガス拡散部43が露出している。
[Configuration Example 1]
As one embodiment of the present invention, a configuration example of a gas supply / diffusion layer for a fuel cell as shown in FIG. 4 can be shown. That is, in FIG. 4, in addition to the basic configuration as described above, as a predetermined regularity, on a plurality of lines extending in the Y direction arranged at equal pitches (X pitches) in the X direction, equal pitches (Y pitches) in the Y direction. It is arranged in. Assuming that the isolated holes 55 are arranged in the Y direction in one row and n rows from the end side in the X direction, the positions in the Y direction of the odd-numbered rows and the even-numbered rows are the same, and the odd-numbered rows and the even-numbered rows are arranged in the Y direction. The position is off by half the Y pitch (so-called staggered pattern configuration). In this way, the isolated holes 55 are arranged with regularity in the X direction and the Y direction. Further, in FIG. 4, each isolated hole 55 has the same shape including the shape and size, and each isolated hole 55 is arranged on one surface of the porous body layer 40. Each isolated hole 55 has a shape having a variable width, and is specifically circular. Each isolated hole 55 is formed at the same depth as the gas inflow gutter 51 and the gas outflow gutter 52, and at a constant depth. A gas diffusion portion 43 made of a porous body is exposed on the inner surface of each isolated hole 55.

このようにすれば、上記した効果に加え、さらに複数の孤立穴55が多孔質体層40の一方の面の全面にわたって分散しているため、燃料電池用ガスを多孔質体層40全体にわたってより均一に拡散させることができる。 By doing so, in addition to the above-mentioned effect, since the plurality of isolated holes 55 are dispersed over the entire surface of one surface of the porous body layer 40, the fuel cell gas is spread over the entire porous body layer 40. It can be diffused evenly.

[変形例1]
図8は、変形例1に係る燃料電池用ガス供給拡散層42aの(金属板30の側から見た)平面構造を説明するために示す図である。但し、図4の場合と同様に、燃料電池用セパレータ23の流路パターンを分かり易く表すために、金属板30の図示は省略している。以降の図9~図17においても同様である。
[Modification 1]
FIG. 8 is a diagram shown for explaining the planar structure (viewed from the side of the metal plate 30) of the fuel cell gas supply diffusion layer 42a according to the first modification. However, as in the case of FIG. 4, the metal plate 30 is not shown in order to clearly show the flow path pattern of the fuel cell separator 23. The same applies to FIGS. 9 to 17 thereafter.

変形例1に係る燃料電池用ガス供給拡散層42aは、基本的には実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の構成を有するが、孤立穴の平面形状が実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42の場合と異なる。すなわち、図8に示すように、変形例1に係る燃料電池用ガス供給拡散層42aにおいては、孤立穴として平面形状が菱形である孤立穴55aを用いている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42a according to the first modification basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, but the planar shape of the isolated hole is the fuel according to the embodiment. This is different from the case of the battery gas supply diffusion layer 42. That is, as shown in FIG. 8, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42a according to the first modification, the isolated hole 55a having a diamond-shaped planar shape is used as the isolated hole.

変形例1に係る燃料電池用ガス供給拡散層42aによれば、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、孤立穴55aが平面状の壁面を有し、近接する孤立穴55a同士の壁面を平行に配置することが可能となることから、孤立穴55a間の流体抵抗がある程度広い範囲で一定になり、より燃料電池用ガスを均一に伏流させることができる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42a according to the first modification, the same effects as those of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the isolated holes 55a have a flat wall surface and the wall surfaces of the adjacent isolated holes 55a can be arranged in parallel, the fluid resistance between the isolated holes 55a becomes constant in a wide range to some extent. , The fuel cell gas can be more evenly submerged.

[変形例2]
図9は、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 2]
FIG. 9 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b according to the second modification.

変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bは、基本的には実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の構成を有するが、孤立穴の平面形状が実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42の場合と異なる。すなわち、図9に示すように、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bにおいては、孤立穴として幅が一定の平面形状(この場合、Y方向に沿って延びる長方形)である孤立穴55bを用いている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the second modification basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, but the planar shape of the isolated hole is the fuel according to the embodiment. This is different from the case of the battery gas supply diffusion layer 42. That is, as shown in FIG. 9, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42b according to the modified example 2, the isolated hole has a plane shape (in this case, a rectangle extending along the Y direction) having a constant width as an isolated hole. 55b is used.

変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bによれば、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、孤立穴55bの幅が一定、すなわち平面形状が正方形又は長方形であることから、特に多孔質体層の平面形状が矩形の場合に、孤立穴55bを多孔質体層の一方の面の全体にわたって配置しやすくできる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the second modification, the same effect as that of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the width of the isolated hole 55b is constant, that is, the planar shape is square or rectangular, the isolated hole 55b is used as the entire surface of one surface of the porous body layer, particularly when the planar shape of the porous body layer is rectangular. Can be easily placed across.

[変形例3]
図10は、変形例3に係る燃料電池用ガス供給拡散層42cの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 3]
FIG. 10 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42c according to the modified example 3.

変形例3に係る燃料電池用ガス供給拡散層42cは、基本的には実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の構成を有するが、孤立穴の平面形状が実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42の場合と異なる。すなわち、図10に示すように、変形例3に係る燃料電池用ガス供給拡散層42cにおいては、孤立穴として斜めの方向に沿って延びている孤立溝である孤立穴55cを用いている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42c according to the third modification basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, but the planar shape of the isolated hole is the fuel according to the embodiment. This is different from the case of the battery gas supply diffusion layer 42. That is, as shown in FIG. 10, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42c according to the modified example 3, the isolated hole 55c, which is an isolated groove extending along an oblique direction, is used as the isolated hole.

変形例3に係る燃料電池用ガス供給拡散層42cによれば、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、孤立穴55cが斜めの方向に沿って延びている孤立溝であることから、燃料電池用ガスをX方向に広げるとともにY方向に進行させることができる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42c according to the third modification, the same effects as those of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the isolated hole 55c is an isolated groove extending along an oblique direction, the fuel cell gas can be expanded in the X direction and advanced in the Y direction.

[変形例4]
図11は、変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42dの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 4]
FIG. 11 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42d according to the modified example 4.

変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42dは、基本的には実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の構成を有するが、孤立穴の平面形状が実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42の場合と異なる。すなわち、図11に示すように、変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42dにおいては、孤立穴として途中で曲がっている孤立穴55dを用いている。途中で曲がっている孤立穴55dの形状としては、例えば図11に示すようなL字形状の他、U字、C字、円弧などの形状を挙げることができる。なお、孤立穴55dは、図11の2点鎖線Gで表すジグザグのライン上に沿って、間欠的に配置されている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42d according to the fourth modification basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, but the planar shape of the isolated hole is the fuel according to the embodiment. This is different from the case of the battery gas supply diffusion layer 42. That is, as shown in FIG. 11, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42d according to the modified example 4, the isolated hole 55d that is bent in the middle is used as the isolated hole. Examples of the shape of the isolated hole 55d that is bent in the middle include an L-shape as shown in FIG. 11, a U-shape, a C-shape, an arc, and the like. The isolated holes 55d are intermittently arranged along the zigzag line represented by the two-dot chain line G in FIG.

変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42dによれば、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42と同様の効果が得られるのに加えて、孤立穴55dが途中で曲がっていることで、燃料電池用ガスを素早く方向を変えて広げることができるという効果が得られる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42d according to the fourth modification, in addition to obtaining the same effect as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42 according to the embodiment, the isolated hole 55d is bent in the middle. As a result, the effect that the fuel cell gas can be quickly changed in direction and spread can be obtained.

[変形例5]
図12は、変形例5に係る燃料電池用ガス供給拡散層42eの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 5]
FIG. 12 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42e according to the modified example 5.

変形例5に係る燃料電池用ガス供給拡散層42eは、基本的には変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の構成を有するが、孤立穴の平面構造が変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの場合と異なる。すなわち、図12に示すように、変形例4に係る燃料電池用ガス供給拡散層42eにおいては、孤立穴55eが下流側にいくに従って平面的に見た面積が段階的に小さくなるように形成されている。図12では、図9に示したものと同様に長方形の孤立穴を構成した例を示している。ここで孤立穴55eが流入側から流出側に向かうに従って、長方形の孤立穴55eのX方向の長さ(幅)がW1>W2>W3と段階的に細くなるように形成されている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42e according to the modified example 5 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modified example 2, but the planar structure of the isolated hole is described in the modified example 2. This is different from the case of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b. That is, as shown in FIG. 12, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42e according to the modified example 4, the isolated hole 55e is formed so that the area seen in a plane becomes smaller stepwise as it goes to the downstream side. ing. FIG. 12 shows an example in which a rectangular isolated hole is configured in the same manner as that shown in FIG. Here, as the isolated hole 55e moves from the inflow side to the outflow side, the length (width) of the rectangular isolated hole 55e in the X direction is formed so as to be gradually narrowed as W1> W2> W3.

変形例5に係る燃料電池用ガス供給拡散層42eによれば、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、孤立穴55eが下流側にいくに従って平面的に見た面積が段階的に小さくなるため、下流側にいくに従って減っていく燃料電池用ガスの流量に対応するようになる。このため、上流側と下流側との燃料電池用ガスの濃度がより均一になり、燃料電池用ガスを効率よく拡散できる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42e according to the modification 5, the same effect as that of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2 can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the area of the isolated hole 55e seen in a plane gradually decreases toward the downstream side, it corresponds to the flow rate of the fuel cell gas that decreases toward the downstream side. Therefore, the concentration of the fuel cell gas on the upstream side and the downstream side becomes more uniform, and the fuel cell gas can be efficiently diffused.

[変形例6]
図13は、変形例6に係る燃料電池用ガス供給拡散層42fの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 6]
FIG. 13 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42f according to the modified example 6.

変形例6に係る燃料電池用ガス供給拡散層42fは、基本的には変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の構成を有するが、孤立穴の平面構造が変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの場合と異なる。すなわち、図13に示すように、変形例6に係る燃料電池用ガス供給拡散層42fにおいては、孤立穴55fが下流側にいくに従って平面的に見た面積が段階的に小さくなるように形成されている。図13では、図9に示したものと同上に長方形の孤立穴55eを構成した例を示している。ここで孤立穴55fが流入側から流出側に向かうに従って、長方形の孤立穴55eのY方向の長さがD1>D2>D3と段階的に短くなっている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42f according to the modified example 6 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modified example 2, but the planar structure of the isolated hole is described in the modified example 2. This is different from the case of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b. That is, as shown in FIG. 13, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42f according to the modified example 6, the isolated hole 55f is formed so that the area seen in a plane becomes smaller stepwise as it goes to the downstream side. ing. FIG. 13 shows an example in which a rectangular isolated hole 55e is configured on the same as that shown in FIG. Here, as the isolated hole 55f moves from the inflow side to the outflow side, the length of the rectangular isolated hole 55e in the Y direction is gradually shortened as D1> D2> D3.

変形例6に係る燃料電池用ガス供給拡散層42fによれば、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、孤立穴55fが下流側にいくに従って平面的に見た面積が段階的に小さくなるため、下流側にいくに従って減っていく燃料電池用ガスの流量に対応するようになる。このため、上流側と下流側との燃料電池用ガスの濃度がより均一になり、燃料電池用ガスを効率よく拡散できる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42f according to the modification 6, the same effect as that of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2 can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, since the area of the isolated hole 55f seen in a plane gradually decreases toward the downstream side, it corresponds to the flow rate of the fuel cell gas that decreases toward the downstream side. Therefore, the concentration of the fuel cell gas on the upstream side and the downstream side becomes more uniform, and the fuel cell gas can be efficiently diffused.

なお、変形例5及び変形例6においては、孤立穴として、いずれも長方形の孤立穴(55e,55f)として示したが、孤立穴の大きさ(面積)を下流側にいくに従って小さくなるようにすれば、孤立穴は、円、楕円、菱形、三角形などその他の形状でも構わない。また、孤立穴ごとに最適な形状としてもよい。 In the modified example 5 and the modified example 6, both are shown as rectangular isolated holes (55e, 55f) as isolated holes, but the size (area) of the isolated holes is reduced toward the downstream side. Then, the isolated hole may have other shapes such as a circle, an ellipse, a rhombus, and a triangle. Further, the optimum shape may be used for each isolated hole.

[変形例7]
図14は、変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 7]
FIG. 14 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 g according to the modified example 7.

変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gは、基本的には変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の構成を有するが、ガス圧均等化用溝をさらに有する点で変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの場合と異なる。すなわち、図14に示すように、変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gにおいては、多孔質体層40は、多孔質体層40の一方の面に、多孔質体層40の幅一杯に延びた1又は複数のガス圧均等化用溝56(図14では2本のガス圧均等化用溝56)をさらに有している。ガス圧均等化用溝56は多孔質体層40をY方向にほぼ三等分するように2か所に形成されている。ガス圧均等化用溝56は孤立穴55gと同等の深さで形成されている。ガス圧均等化用溝56を備えるため、孤立穴55gは、多孔質体層40の一方の面の内、ガス圧均等化用溝56同士、流入側溝51とガス圧均等化用溝56、あるいは流出側溝52とガス圧均等化用溝56にそれぞれ挟まれた範囲(所望の範囲)にわたって分散して配置されている。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42g according to the modification 7 has basically the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2, but further has a groove for equalizing the gas pressure. This is different from the case of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b according to the second modification. That is, as shown in FIG. 14, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42g according to the modified example 7, the porous body layer 40 has the width of the porous body layer 40 on one surface of the porous body layer 40. It further has one or more gas pressure equalizing grooves 56 (two gas pressure equalizing grooves 56 in FIG. 14) that are fully extended. The gas pressure equalizing groove 56 is formed in two places so as to substantially divide the porous body layer 40 into three equal parts in the Y direction. The gas pressure equalizing groove 56 is formed to have a depth equivalent to that of the isolated hole 55 g. Since the gas pressure equalizing groove 56 is provided, the isolated hole 55g is the gas pressure equalizing groove 56s, the inflow side groove 51 and the gas pressure equalizing groove 56, or the gas pressure equalizing groove 56 in one surface of the porous body layer 40. They are dispersed and arranged over a range (desired range) sandwiched between the outflow side groove 52 and the gas pressure equalization groove 56, respectively.

変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gによれば、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の効果が得られるのに加えて、多孔質体層40の幅方向一杯に延びたガス圧均等化用溝56を有することで、多孔質体層40の幅方向全体にわたって燃料電池用ガスの供給量をより一層均一にできるという効果が得られる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42g according to the modification 7, in addition to obtaining the same effect as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2, the width direction of the porous body layer 40 By having the gas pressure equalizing groove 56 fully extended, it is possible to obtain the effect that the supply amount of the fuel cell gas can be made more uniform over the entire width direction of the porous body layer 40.

[変形例8]
図15は、変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 8]
FIG. 15 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42h according to the modified example 8.

変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hは、基本的には変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gと同様の構成を有するが、ガス圧均等化用溝の本数及び孤立穴の平面構造が変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gの場合と異なる。すなわち、図15に示すように、変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hにおいては、ガス圧均等化用溝56が1本だけ形成されている。また、変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hにおいては、複数の孤立穴55hは、下流側にいくに従って、幅方向(X方向)に近接する孤立穴同士の間隔が段階的に狭くなっている。より詳しくは、孤立穴55hは、ガス圧均等化用溝56の下流側における孤立穴55h同士の間隔P2がガス圧均等化用溝56の上流側における孤立穴55h同士の間隔P2よりも狭くなっている。また、孤立穴55hは、ガス圧均等化用溝56の下流側における幅がガス圧均等化用溝56の上流側における幅よりも狭くなっている。変形例8)では、ガス圧均等化用溝56を1つ備える構成例のため、孤立穴55hは、多孔質体層40の一方の面の内、流入側溝51とガス圧均等化用溝56、あるいは流出側溝52とガス圧均等化用溝56に挟まれた範囲(所望の範囲)にわたって分散して配置されている。しかしながら変形例7のようにさらにガス圧均等化用溝56を加えて、ガス圧均等化用溝56同士、流入側溝51とガス圧均等化用溝56、あるいは流出側溝52とガス圧均等化用溝56に挟まれた範囲(所望の範囲)にわたって分散して配置してもよい。変形例8では、流入側溝51とガス圧均等化用溝56、あるいは流出側溝52とガス圧均等化用溝56に挟まれた範囲(所望の範囲)ごとに孤立穴55hの大きさや形状、分散配置の配置規則とを個別に代えて配置している。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42h according to the modified example 8 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42g according to the modified example 7, but the number of gas pressure equalizing grooves and isolation The planar structure of the hole is different from that of the fuel cell gas supply diffusion layer 42 g according to the modified example 7. That is, as shown in FIG. 15, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42h according to the modified example 8, only one gas pressure equalizing groove 56 is formed. Further, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42h according to the modification 8, the distance between the plurality of isolated holes 55h that are close to each other in the width direction (X direction) becomes gradually narrower toward the downstream side. It has become. More specifically, in the isolated hole 55h, the distance P2 between the isolated holes 55h on the downstream side of the gas pressure equalizing groove 56 is narrower than the distance P2 between the isolated holes 55h on the upstream side of the gas pressure equalizing groove 56. ing. Further, the width of the isolated hole 55h on the downstream side of the gas pressure equalizing groove 56 is narrower than the width on the upstream side of the gas pressure equalizing groove 56. In the modified example 8), since the configuration example includes one gas pressure equalizing groove 56, the isolated hole 55h is the inflow side groove 51 and the gas pressure equalizing groove 56 in one surface of the porous body layer 40. Or, they are dispersed and arranged over a range (desired range) sandwiched between the outflow side groove 52 and the gas pressure equalizing groove 56. However, as in the modified example 7, the gas pressure equalizing groove 56 is further added, and the gas pressure equalizing grooves 56 are added to each other, the inflow side groove 51 and the gas pressure equalizing groove 56, or the outflow side groove 52 and the gas pressure equalizing groove. It may be distributed and arranged over a range (desired range) sandwiched between the grooves 56. In the modified example 8, the size, shape, and dispersion of the isolated holes 55h are set for each range (desired range) sandwiched between the inflow gutter 51 and the gas pressure equalizing groove 56, or the outflow gutter 52 and the gas pressure equalizing groove 56. It is arranged by replacing the arrangement rule of arrangement individually.

変形例8に係る燃料電池用ガス供給拡散層42hによれば、変形例7に係る燃料電池用ガス供給拡散層42gと同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、X方向に近接する孤立穴55h同士の間隔が段階的に狭くなっていることから、X方向沿った方向に整列している孤立穴55hの数が段階的に多くなる。このため、下流側にいくに従って圧力損失が大きくなっても、伏流する燃料電池用ガス及び発電時に膜電極接合体で生成した水蒸気又は凝集水が、密に配置されている下流側の孤立穴に流れ込みやすくなり、燃料電池用ガスをより均一に拡散させるとともに、発電時に膜電極接合体81で生成した水蒸気または凝集水をより効率良く燃料電池用ガス供給拡散層42h外に排出できる。また、ガス圧均等化用溝56の下流において、より均一に燃料電池用ガスを拡散させることができる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42h according to the modification 8, in addition to the same effect as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42g according to the modification 7, the following effects can be obtained. That is, since the distance between the isolated holes 55h adjacent to each other in the X direction is gradually narrowed, the number of the isolated holes 55h aligned in the direction along the X direction is gradually increased. Therefore, even if the pressure loss increases toward the downstream side, the submerged fuel cell gas and the water vapor or aggregated water generated by the membrane electrode assembly during power generation are densely arranged in the isolated holes on the downstream side. It becomes easier to flow in, and the gas for the fuel cell can be diffused more uniformly, and the water vapor or aggregated water generated in the membrane electrode assembly 81 at the time of power generation can be more efficiently discharged to the outside of the gas supply diffusion layer 42h for the fuel cell. Further, the fuel cell gas can be diffused more uniformly downstream of the gas pressure equalizing groove 56.

[変形例9]
図16は、変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iの平面構造を説明するために示す図である。
[Modification 9]
FIG. 16 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42i according to the modified example 9.

変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iは、基本的には変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の構成を有するが、バイパス用溝をさらに有する点で変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの場合と異なる。すなわち、図16に示すように、変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iにおいては、多孔質体層40は、多孔質体層40の一方の面に、燃料電池用ガスの流入側から中央部まで延びたバイパス用溝59(流入用のバイパス用溝59A)をさらに有している。また、変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iにおいては、多孔質体層40は、中央部から前記燃料電池用ガスの流出側まで延びたバイパス用溝59(流出用のバイパス用溝59B)をさらに有している。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42i according to the modification 9 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2, but is further modified in that it has a bypass groove. This is different from the case of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b according to 2. That is, as shown in FIG. 16, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42i according to the modified example 9, the porous body layer 40 is on one surface of the porous body layer 40 on the inflow side of the fuel cell gas. It further has a bypass groove 59 (a bypass groove 59A for inflow) extending from the center to the central portion. Further, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42i according to the modified example 9, the porous body layer 40 is a bypass groove 59 (a bypass groove for outflow) extending from the central portion to the outflow side of the fuel cell gas. It also has 59B).

各バイパス用溝59(59A,59B)は、細い矩形状の部分が組み合わされた溝である。各バイパス用溝59(59A,59B)は、連通する流入側溝51又は流出側溝52と同じ深さで形成されている。流入用のバイパス用溝59Aは、送り溝部分591Aと幅広げ溝部分592Aと複数の分岐溝部分593Aとが組み合わされて形成されている。送り溝部分591Aは、流入側が流入側溝51のX方向における一方の端部付近に繋がり、流入側溝51から多孔質体層40の中央部までY方向に延びている。幅広げ溝部分592Aは、送り溝部分591Aの先端側からX方向に延びている。分岐溝部分593Aは、孤立穴55iの連続パターン形状と対応するように複数、幅広げ溝部分592Aから短くY方向流出側に延びている。流出用のバイパス用溝59Bは、送り溝部分591Bと幅広げ溝部分592Bと複数の分岐溝部分593Bとが組み合わされて形成されている。送り溝部分591Bは、流出側が流出側溝52のX方向における他方の端部付近に繋がり、流出側溝52から多孔質体層40の中央部までY方向に延びている。幅広げ溝部分592Bは、送り溝部分591Bの先端側からX方向に延びている。分岐溝部分593Bは、孤立穴55iの連続パターン形状と対応するように複数、幅広げ溝部分592Bから短くY方向流入側に延びている。流入用のバイパス用溝59Aにおける幅広げ溝部分592Aは、流出用のバイパス用溝59Bにおける幅広げ溝部分592Bよりも流出側に配置されている。流入用のバイパス用溝59Aにおける幅広げ溝部分592Aは、流出用のバイパス用溝59Bにおける送り溝部分591Bと交差しない程度でX方向に広がっている。流出用のバイパス用溝59Bにおける幅広げ溝部分592Bは、流入用のバイパス用溝59Aにおける送り溝部分591Aと交差しない程度でX方向に広がっている。このように構成することにより、流入側溝51と幅広げ溝部分592Bの間の第1のブロックと、流出側溝52と幅広げ溝部分592Bの間の第2のブロックとを構成している。燃料電池用ガスは、第1のブロックと第2のブロックとに分かれて流れる。したがって、両ブロックの両方を通過する燃料電池用ガスはほぼ0である。本変形例においては、このブロック内、すなわち流入側溝51と幅広げ溝部分592B、あるいは流出側溝52と幅広げ溝部分592Bに挟まれた範囲(所望の範囲)ごとに孤立穴55iを配置している。このとき孤立穴55iの大きさや形状、分散配置の配置規則を、個別に代えて配置してもよい。 Each bypass groove 59 (59A, 59B) is a groove in which thin rectangular portions are combined. Each bypass groove 59 (59A, 59B) is formed at the same depth as the inflow side groove 51 or the outflow side groove 52 that communicates with each other. The inflow bypass groove 59A is formed by combining a feed groove portion 591A, a widening groove portion 592A, and a plurality of branch groove portions 593A. The inflow side of the feed groove portion 591A is connected to the vicinity of one end of the inflow side groove 51 in the X direction, and extends in the Y direction from the inflow side groove 51 to the central portion of the porous body layer 40. The widening groove portion 592A extends in the X direction from the tip end side of the feed groove portion 591A. A plurality of branch groove portions 593A extend from the widened groove portion 592A to the outflow side in the Y direction so as to correspond to the continuous pattern shape of the isolated holes 55i. The outflow bypass groove 59B is formed by combining a feed groove portion 591B, a widening groove portion 592B, and a plurality of branch groove portions 593B. In the feed groove portion 591B, the outflow side is connected to the vicinity of the other end portion of the outflow side groove 52 in the X direction, and extends from the outflow side groove 52 to the central portion of the porous body layer 40 in the Y direction. The widening groove portion 592B extends in the X direction from the tip end side of the feed groove portion 591B. A plurality of branch groove portions 593B extend from the widening groove portion 592B to the inflow side in the Y direction so as to correspond to the continuous pattern shape of the isolated holes 55i. The widening groove portion 592A in the inflow bypass groove 59A is arranged on the outflow side of the widening groove portion 592B in the outflow bypass groove 59B. The widening groove portion 592A in the inflow bypass groove 59A extends in the X direction to the extent that it does not intersect the feed groove portion 591B in the outflow bypass groove 59B. The widening groove portion 592B in the outflow bypass groove 59B extends in the X direction to the extent that it does not intersect the feed groove portion 591A in the inflow bypass groove 59A. With this configuration, a first block between the inflow gutter 51 and the widening groove portion 592B and a second block between the outflow gutter 52 and the widening groove portion 592B are configured. The fuel cell gas flows separately in the first block and the second block. Therefore, the fuel cell gas passing through both blocks is almost zero. In this modification, isolated holes 55i are arranged in this block, that is, in each range (desired range) sandwiched between the inflow gutter 51 and the widening groove portion 592B, or the outflow gutter 52 and the widening groove portion 592B. There is. At this time, the size and shape of the isolated holes 55i and the arrangement rules of the distributed arrangement may be individually changed and arranged.

変形例9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42iによれば、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、多孔質体層40は、燃料電池用ガスの流入側から中央部まで延びたバイパス用溝59(流入用のバイパス用溝59A)を有していることで、中央部よりも上流で減ってしまった燃料電池用ガスが中央部で補給されるため、中央部よりも下流の発電効率の低下を抑えることができる。また、多孔質体層40は、中央部から前記燃料電池用ガスの流出側まで延びたバイパス用溝59(流出用のバイパス用溝59B)を有していることで、中央部よりも上流で発電時に膜電極接合体81で生成した水蒸気または凝集水が中央部から効率よく排出されるため、中央部よりも下流の発電効率の低下を抑えることができる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42i according to the modification 9, the same effect as that of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2 can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, the porous body layer 40 has a bypass groove 59 (bypass groove 59A for inflow) extending from the inflow side of the fuel cell gas to the central portion, so that the porous body layer 40 is reduced upstream from the central portion. Since the fuel cell gas that has been exhausted is replenished in the central portion, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency downstream of the central portion. Further, the porous body layer 40 has a bypass groove 59 (a bypass groove 59B for outflow) extending from the central portion to the outflow side of the fuel cell gas, so that the porous body layer 40 is upstream from the central portion. Since the water vapor or aggregated water generated in the membrane electrode assembly 81 during power generation is efficiently discharged from the central portion, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency downstream of the central portion.

なお、変形例1~9に係る燃料電池用ガス供給拡散層42a~42iにおいては、一の孤立穴551a~551i(変形例8では一の孤立穴551h1,551h2)と第1近接孤立穴552a~552i(変形例8では第1近接孤立穴552h1,552h2)の第1間隔L1(変形例8では第1間隔L11,L12)と、一の孤立穴551a~551iと第2近接孤立穴553a~553i(変形例8では第2近接孤立穴553h1,553h2)の第2間隔L2(変形例8では第2間隔L12,L22)とは、実施形態の場合と同様に、「L2≦L1」及び「L1<2×L2」を満たす。 In the fuel cell gas supply diffusion layers 42a to 42i according to the modified examples 1 to 9, one isolated hole 551a to 551i (one isolated hole 551h1,551h2 in the modified example 8) and the first proximity isolated hole 552a to The first spacing L1 (first spacing L11, L12 in the modified example 8) of the 552i (first proximity isolated hole 552h1,552h2 in the modified example 8), one isolated hole 551a to 551i, and the second proximity isolated hole 553a to 553i. The second spacing L2 (second spacing L12, L22 in the modified example 8) of the second proximity isolated hole 553h1, 553h2 in the modified example 8 is "L2 ≦ L1" and "L1" as in the case of the embodiment. <2 x L2 "is satisfied.

また、図10(変形例3)及び図11(変形例4)には、一の孤立穴551c,551dから下流側に位置する孤立穴のうち、一の孤立穴551c,551dからX方向に沿った距離が三番目に短い、又は第2近接孤立穴553c,553dと同等で二番目に短い孤立穴(すなわち孤立穴551c,551dの重心位置と近接する孤立穴の重心位置とを結ぶベクトルのX方向成分の絶対値が三番目に小さい、又は他の孤立穴と同等に二番目に小さい孤立穴)が第3近接孤立穴554c,554dとして描かれている。一の孤立穴551c,551dと第3近接孤立穴554c,554dとの間隔は、特に限定するものではないが、より広く拡散させるように、第1間隔L1よりも短くすることが好ましい。 Further, in FIGS. 10 (Modified 3) and 11 (Modified 4), among the isolated holes located downstream from the isolated holes 551c and 551d, the isolated holes 551c and 551d are located along the X direction. X of the vector connecting the position of the center of gravity of the isolated hole 551c, 551d and the position of the center of gravity of the adjacent isolated hole (that is, the position of the center of gravity of the isolated hole 551c, 551d) which is the third shortest or is equivalent to the second adjacent isolated hole 553c, 553d. An isolated hole having the third smallest absolute value of the directional component or the second smallest isolated hole equivalent to another isolated hole) is drawn as the third proximity isolated hole 554c, 554d. The distance between the one isolated hole 551c, 551d and the third proximity isolated hole 554c, 554d is not particularly limited, but is preferably shorter than the first distance L1 so as to spread more widely.

[変形例10]
図17は、変形例10に係る燃料電池用ガス供給拡散層42jの平面構造を説明するために示す図である。図18は、図17におけるE-E線に沿った断面図である。
[Modification 10]
FIG. 17 is a diagram shown for explaining the planar structure of the fuel cell gas supply diffusion layer 42j according to the modified example 10. FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG.

変形例10に係る燃料電池用ガス供給拡散層42jは、基本的には変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の構成を有するが、孤立穴の底形状が変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bの場合と異なる。すなわち、図18に示すように、変形例10に係る燃料電池用ガス供給拡散層42jにおいては、孤立穴として各前記孤立穴の底面が下流側にいくに従って深くなるように傾斜している孤立穴55jを用いている。なお、変形例10においては、その平面視において長方形の孤立穴55jを用いている例を示しているが、このとき孤立穴55jの大きさや形状、分散配置の配置規則を他の変形例などのように任意に代えてもよい。 The fuel cell gas supply / diffusion layer 42j according to the modified example 10 basically has the same configuration as the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modified example 2, but the bottom shape of the isolated hole is the same as that of the modified example 2. This is different from the case of the fuel cell gas supply diffusion layer 42b. That is, as shown in FIG. 18, in the fuel cell gas supply diffusion layer 42j according to the modified example 10, the isolated holes are isolated holes in which the bottom surface of each isolated hole is inclined so as to become deeper toward the downstream side. 55j is used. In the modified example 10, a rectangular isolated hole 55j is used in the plan view, but at this time, the size and shape of the isolated hole 55j and the arrangement rule of the distributed arrangement are set in other modified examples. It may be arbitrarily replaced as follows.

変形例10に係る燃料電池用ガス供給拡散層42jによれば、変形例2に係る燃料電池用ガス供給拡散層42bと同様の効果が得られるのに加えて、各孤立穴の底面が下流側にいくに従って深くなるように傾斜していることから、各孤立穴55j内を流れる燃料電池用ガスの流れは、膜電極接合体81に向かうベクトルを含むようになる。このため、孤立穴55jから伏流する燃料電池用ガスがより膜電極接合体81に向かうこととなり、より多くの燃料電池用ガスを膜電極接合体81に供給することができるという効果も得られる。 According to the fuel cell gas supply / diffusion layer 42j according to the modification 10, the same effect as that of the fuel cell gas supply / diffusion layer 42b according to the modification 2 can be obtained, and the bottom surface of each isolated hole is on the downstream side. Since it is inclined so as to become deeper toward the surface, the flow of the fuel cell gas flowing in each isolated hole 55j includes a vector toward the membrane electrode assembly 81. Therefore, the fuel cell gas flowing back from the isolated hole 55j tends toward the membrane electrode assembly 81, and more fuel cell gas can be supplied to the membrane electrode assembly 81.

[変形例11]
図19は、変形例11に係る燃料電池用ガス供給拡散層42kの断面図である。図5の場合と同様に、膜電極接合体81が接合された状態の燃料電池用セパレータ23kを示している。上記した実施形態においては、燃料電池用ガス供給拡散層として、一方の面に複数の孤立穴55が形成された多孔質体層40を備える燃料電池用ガス供給拡散層42を用いたが(図5参照。)、本発明はこれに限定されるものではない。図19に示すように、一方の面に複数の孤立穴55が形成された多孔質体層40と、当該多孔質体層40の他方の面に配設されたマイクロポーラスレイヤ44とを備える燃料電池用ガス供給拡散層を用いこともできる。このような構成とした場合には、マイクロポーラスレイヤを備えない膜電極接合体を用いて燃料電池用セパレータを構成することができるようになる。
[Modification 11]
FIG. 19 is a cross-sectional view of the fuel cell gas supply diffusion layer 42k according to the modified example 11. Similar to the case of FIG. 5, the fuel cell separator 23k in a state where the membrane electrode assembly 81 is bonded is shown. In the above-described embodiment, as the fuel cell gas supply / diffusion layer, a fuel cell gas supply / diffusion layer 42 having a porous body layer 40 having a plurality of isolated holes 55 formed on one surface thereof is used (Fig.). 5), the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 19, a fuel comprising a porous body layer 40 having a plurality of isolated holes 55 formed on one surface and a microporous layer 44 disposed on the other surface of the porous body layer 40. A battery gas supply diffusion layer can also be used. With such a configuration, a fuel cell separator can be configured by using a membrane electrode assembly that does not have a microporous layer.

以上、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックを、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能となるものである。 The gas supply diffusion layer for a fuel cell, the separator for a fuel cell, and the fuel cell stack of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. , Various modifications can be carried out without departing from the gist of the present invention.

[1]上記した実施形態においては、孤立穴として、多孔質体層40(又は孤立穴55)の表面における孤立穴の幅と、孤立穴55の底におけるガス流路用溝の幅とが等しく、断面が長方形状の孤立穴55を用いたが(図5及び図7参照。)、本発明はこれに限定されるものではない。溝の底が表面よりも狭い断面三角形状の孤立穴を用いてもよいし、溝の底が表面よりも狭い断面半円形状の孤立穴を用いてもよいし、その他の形状の孤立穴を用いてもよい。 [1] In the above-described embodiment, as the isolated hole, the width of the isolated hole on the surface of the porous body layer 40 (or the isolated hole 55) is equal to the width of the gas flow path groove at the bottom of the isolated hole 55. However, the isolated hole 55 having a rectangular cross section is used (see FIGS. 5 and 7), but the present invention is not limited thereto. An isolated hole having a triangular cross section in which the bottom of the groove is narrower than the surface may be used, an isolated hole having a semicircular cross section in which the bottom of the groove is narrower than the surface may be used, or an isolated hole having another shape may be used. You may use it.

[2]上記した実施形態においては、ガス遮蔽板として、金属板30を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。金属板30以外の、ガスを遮蔽する性質をもった材料からなる板(例えば、セラミックス板、樹脂板)を用いてもよい。 [2] In the above-described embodiment, the metal plate 30 is used as the gas shielding plate, but the present invention is not limited thereto. A plate (for example, a ceramic plate, a resin plate) made of a material having a property of shielding gas other than the metal plate 30 may be used.

[3]上記各変形例は、各変形例に記載の特徴を、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42、燃料電池用セパレータ23及び燃料電池セルスタック20に適用したものであるが、各変形例に記載の特徴は、これに限らず、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックの全般に適用可能である。例えば、各変形例に記載の特徴は、タイプCAの燃料電池用ガス供給拡散層21、タイプAの燃料電池用ガス供給拡散層22、タイプCWの燃料電池用ガス供給拡散層24及びタイプAWの燃料電池用ガス供給拡散層25、並びに、これらの燃料電池用ガス供給拡散層を備えた燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックにも適用可能である。 [3] Each of the above modifications applies the features described in each modification to the fuel cell gas supply diffusion layer 42, the fuel cell separator 23, and the fuel cell stack 20 according to the embodiment. The features described in each modification are not limited to this, and can be applied to the fuel cell gas supply diffusion layer, the fuel cell separator, and the fuel cell stack of the present invention in general. For example, the features described in each modification are the type CA fuel cell gas supply / diffusion layer 21, the type A fuel cell gas supply / diffusion layer 22, the type CW fuel cell gas supply / diffusion layer 24, and the type AW. It is also applicable to the fuel cell gas supply diffusion layer 25, and the fuel cell separator and fuel cell cell stack provided with these fuel cell gas supply diffusion layers.

[4]上記各変形例は、上記実施形態又は上記他の変形例に対して、特徴のある一部のみを変形して記載しているが、適宜、各一部を組みあわせて変形することも可能である。例えば、変形例5~9を組み合わせて、孤立穴55を流出側に向かうに従って細く、短く、X方向に隣接する孤立穴55同志の間隔が狭くなるように形成するとともに、ガス圧均等化用溝56及びバイパス用溝59が形成された燃料電池セパレータ23を構成してもよい。 [4] Each of the above-mentioned modifications is described by modifying only a characteristic part with respect to the above-described embodiment or the above-mentioned other modifications, but each part may be combined and modified as appropriate. Is also possible. For example, by combining the modified examples 5 to 9, the isolated holes 55 are formed to be narrower and shorter toward the outflow side, and the intervals between the isolated holes 55 adjacent to each other in the X direction are narrowed, and the groove for equalizing the gas pressure is formed. The fuel cell separator 23 in which the 56 and the bypass groove 59 are formed may be configured.

[5]上記実施形態及び上記各変形例は、ある程度同形状の孤立穴55がX方向に一定のピッチで配置されるものとして説明したがこれに限定されるものではない。例えば、複数種類の全く形状の異なる孤立穴を組み合わせて構成されていてもよいし、X方向のピッチが変化するように配置されていても良い。 [5] In the above embodiment and each of the above modifications, the isolated holes 55 having the same shape are described as being arranged at a constant pitch in the X direction, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be configured by combining a plurality of types of isolated holes having completely different shapes, or may be arranged so that the pitch in the X direction changes.

[6]上記実施形態及び上記変形例1~10は、孤立穴や各溝の深さが同じであるものとして説明したがこれに限定されるものではない。例えば、孤立穴や溝の深さは、孤立穴や溝ごとに異なっていてもよいし、孤立穴や溝のなかで変動していてもよい。 [6] The above-described embodiment and the above-mentioned modifications 1 to 10 have been described assuming that the depths of the isolated holes and the grooves are the same, but the present invention is not limited thereto. For example, the depth of the isolated hole or groove may be different for each isolated hole or groove, or may vary within the isolated hole or groove.

[7]上記各変形例は、各変形例に記載の特徴を、実施形態に係る燃料電池用ガス供給拡散層42、燃料電池用セパレータ23及び燃料電池セルスタック20に適用したものであるが、各変形例に記載の特徴は、これに限らず、本発明の燃料電池用ガス供給拡散層、燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックの全般に適用可能である。例えば、各変形例に記載の特徴は、タイプCAの燃料電池用ガス供給拡散層21、タイプAの燃料電池用ガス供給拡散層22、タイプCWの燃料電池用ガス供給拡散層24及びタイプAWの燃料電池用ガス供給拡散層25、並びに、これらの燃料電池用ガス供給拡散層を備えた燃料電池用セパレータ及び燃料電池セルスタックにも適用可能である。 [7] Each of the above modifications applies the features described in each modification to the fuel cell gas supply diffusion layer 42, the fuel cell separator 23, and the fuel cell stack 20 according to the embodiment. The features described in each modification are not limited to this, and can be applied to the fuel cell gas supply diffusion layer, the fuel cell separator, and the fuel cell stack of the present invention in general. For example, the features described in each modification are the type CA fuel cell gas supply / diffusion layer 21, the type A fuel cell gas supply / diffusion layer 22, the type CW fuel cell gas supply / diffusion layer 24, and the type AW. It is also applicable to the fuel cell gas supply diffusion layer 25, and the fuel cell separator and fuel cell cell stack provided with these fuel cell gas supply diffusion layers.

20 燃料電池セルスタック
21,22,23,24,25 燃料電池用セパレータ
27A,27B 集電板
28A,28B 絶縁シート
30 金属板
32 緻密枠
33 ガスケット
33A ガスケット用溝
40 多孔質体層
41 燃料電池用ガス供給拡散層(アノードガス供給拡散層)
42、42a~42k 燃料電池用ガス供給拡散層(カソードガス供給拡散層)
43 ガス拡散部
44 マイクロポーラスレイヤ
51 流入側溝
52 流出側溝
55、55a~55j 孤立穴
56 ガス圧均等化用溝
57 流入通路
58 流出通路
59 バイパス用溝
59A 流入用のバイパス用溝
59B 流出用のバイパス用溝
61A アノードガス流入口
61B アノードガス流出口
62A カソードガス流入口
62B カソードガス流出口
63A 冷却水流入口
63B 冷却水流出口
74 締め付け・バネサポート
75、76 エンドプレート
80 セル構造体
81 膜電極接合体
81A 枠(フレーム)
82 電解質膜
83 マイクロポーラスレイヤ
85 触媒層
551,551a~551i 一の孤立穴
552,552a~552i 第1近接孤立穴
553,553a~553i 第2近接孤立穴
L1,L11,L21 第1間隔
L2,L12,L22 第2間隔
W1~W3 孤立穴のY方向の長さ(幅)
D1~D3 孤立穴のX方向の長さ
P1,P2 孤立穴同士のX方向の間隔
20 Fuel cell stack 21,22,23,24,25 Fuel cell separator 27A, 27B Current collector plate 28A, 28B Insulation sheet 30 Metal plate 32 Dense frame 33 Gasket 33A Gasket groove 40 Porous body layer 41 For fuel cell Gas supply diffusion layer (anode gas supply diffusion layer)
42, 42a-42k Gas supply diffusion layer for fuel cells (cathode gas supply diffusion layer)
43 Gas diffuser 44 Microporous layer 51 Inflow side groove 52 Outflow side groove 55, 55a to 55j Isolated hole 56 Gas pressure equalization groove 57 Inflow passage 58 Outflow passage 59 Bypass groove 59A Inflow bypass groove 59B Outflow bypass Groove 61A Anode gas inlet 61B Anode gas outlet 62A Cathode gas inlet 62B Cathode gas outlet 63A Cooling water inlet 63B Cooling water outlet 74 Tightening / spring support 75, 76 End plate 80 Cell structure 81 Membrane electrode assembly 81A Frame (frame)
82 Electrolyte Membrane 83 Microporous Layer 85 Catalyst Layers 551,551a-551i One Isolated Hole 552,552a-552i First Proximity Isolated Hole 535,553a-553i Second Proximity Isolated Hole L1, L11, L21 First Spacing L2, L12 , L22 2nd interval W1 to W3 Length (width) of isolated hole in Y direction
D1 to D3 Length of isolated holes in the X direction P1, P2 Spacing between isolated holes in the X direction

Claims (18)

使用時に上流側から下流側に向かって燃料電池用ガスが流れる燃料電池用ガス供給拡散層であって、
前記燃料電池用ガスを透過、拡散し、導電性を有する多孔質体層を備え、
前記多孔質体層は、多孔質体からなるガス拡散部と、前記多孔質体層の一方の面に分散して配置された複数の孤立穴とを有し、
前記孤立穴の各々は、互いに孤立して前記多孔質体層に形成され、
開口部を除く周囲が前記ガス拡散部に囲まれ、多孔質体の底を有する凹部からなり、
前記上流側から前記下流側に向かう方向をY方向とし、平面的に前記Y方向に直交する幅方向をX方向とするとき、前記複数の孤立穴は、前記X方向及び前記Y方向に点在して配置されていることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
A fuel cell gas supply diffusion layer in which fuel cell gas flows from the upstream side to the downstream side during use.
It is provided with a porous body layer that permeates and diffuses the fuel cell gas and has conductivity.
The porous body layer has a gas diffusion portion made of the porous body and a plurality of isolated holes dispersed and arranged on one surface of the porous body layer.
Each of the isolated holes is isolated from each other and formed in the porous body layer.
The circumference excluding the opening is surrounded by the gas diffusion portion, and is composed of a recess having a bottom of a porous body .
When the direction from the upstream side to the downstream side is the Y direction and the width direction orthogonal to the Y direction in a plane is the X direction, the plurality of isolated holes are scattered in the X direction and the Y direction. A gas supply diffusion layer for a fuel cell, which is characterized in that it is arranged in the same direction .
使用時に上流側から下流側に向かって燃料電池用ガスが流れる燃料電池用ガス供給拡散層であって、 A fuel cell gas supply diffusion layer in which fuel cell gas flows from the upstream side to the downstream side during use.
前記燃料電池用ガスを透過、拡散し、導電性を有する多孔質体層を備え、 It is provided with a porous body layer that permeates and diffuses the fuel cell gas and has conductivity.
前記多孔質体層は、多孔質体からなるガス拡散部と、前記多孔質体層の一方の面に分散して配置された複数の孤立穴とを有し、 The porous body layer has a gas diffusion portion made of the porous body and a plurality of isolated holes dispersed and arranged on one surface of the porous body layer.
前記孤立穴の各々は、互いに孤立して前記多孔質体層に形成され、 Each of the isolated holes is isolated from each other and formed in the porous body layer.
開口部を除く周囲が前記ガス拡散部に囲まれ、多孔質体の底を有する凹部からなり、 The circumference excluding the opening is surrounded by the gas diffusion portion, and is composed of a recess having a bottom of a porous body.
前記上流側から前記下流側に向かう方向をY方向とし、平面的に前記Y方向に直交する幅方向をX方向とするとき、前記複数の孤立穴は、前記X方向及び前記Y方向に点在して配置され、 When the direction from the upstream side to the downstream side is the Y direction and the width direction orthogonal to the Y direction in a plane is the X direction, the plurality of isolated holes are scattered in the X direction and the Y direction. Placed in
各前記孤立穴の底面は、下流側にいくに従って深くなるように傾斜していることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。 A gas supply diffusion layer for a fuel cell, wherein the bottom surface of each isolated hole is inclined so as to become deeper toward the downstream side.
請求項1又は2に記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
記複数の孤立穴のうちの一の孤立穴から前記下流側に位置する孤立穴のうち、前記一の孤立穴から前記X方向に沿った距離が最も短い孤立穴を第1近接孤立穴とし、前記一の孤立穴から前記X方向に沿った距離が二番目に短い孤立穴を第2近接孤立穴としたとき、前記一の孤立穴と前記第1近接孤立穴の第1間隔L1と、前記一の孤立穴と前記第2近接孤立穴の第2間隔L2とは、「L2≦L1」の関係を満たすことを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to claim 1 or 2 .
Among the isolated holes located on the downstream side of one of the plurality of isolated holes, the isolated hole having the shortest distance along the X direction from the one isolated hole is defined as the first proximity isolated hole. When the isolated hole having the second shortest distance along the X direction from the one isolated hole is defined as the second proximity isolated hole, the first distance L1 between the one isolated hole and the first proximity isolated hole, A gas supply diffusion layer for a fuel cell, characterized in that the first isolated hole and the second interval L2 of the second proximity isolated hole satisfy the relationship of “L2 ≦ L1”.
請求項に記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記第1間隔L1と前記第2間隔L2とは、「L1<2×L2」の関係を満たすことを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the gas supply diffusion layer for a fuel cell according to claim 3 .
The fuel cell gas supply diffusion layer is characterized in that the first interval L1 and the second interval L2 satisfy the relationship of "L1 <2 x L2".
請求項1~のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記多孔質体層の一方の面に形成された孤立穴のうち、外側の孤立穴の重心位置を結んだ閉曲線に囲まれる範囲の面積をS1とし、前記複数の孤立穴の合計面積をS2としたとき、「0.9×S1≧S2≧0.1×S1」の関係を満たすことを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 4 .
Of the isolated holes formed on one surface of the porous body layer, the area of the range surrounded by the closed curve connecting the positions of the centers of gravity of the outer isolated holes is defined as S1, and the total area of the plurality of isolated holes is defined as S2. When the fuel cell is used, the gas supply / diffusion layer for a fuel cell is characterized by satisfying the relationship of “0.9 × S1 ≧ S2 ≧ 0.1 × S1”.
請求項1~のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記孤立穴においては、前記多孔質体が露出していることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 5 .
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, characterized in that the porous body is exposed in the isolated hole.
請求項1~6のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴の少なくとも一部の孤立穴は、幅が変化していることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 6.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, characterized in that at least a part of the isolated holes has a variable width.
請求項1~6のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴の少なくとも一部の孤立穴は、幅が一定であることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 6.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, wherein at least a part of the isolated holes has a constant width.
請求項1~8のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴の少なくとも一部の孤立穴は、斜めの方向に沿って延びている孤立溝であることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 8.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, wherein at least a part of the isolated holes is an isolated groove extending in an oblique direction.
請求項1~9のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴の少なくとも一部の孤立穴は、途中で曲がっていることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 9.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, characterized in that at least a part of the isolated holes of the plurality of isolated holes is bent in the middle.
請求項1~10のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴は、前記下流側にいくに従って平面的に見た面積が段階的に小さくなるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the gas supply diffusion layer for a fuel cell according to any one of claims 1 to 10.
The plurality of isolated holes are formed so that the area seen in a plane becomes smaller stepwise toward the downstream side, and the gas supply diffusion layer for a fuel cell is characterized.
請求項1~11のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記複数の孤立穴は、前記下流側にいくに従って、幅方向に近接する孤立穴同士の間隔が段階的に狭くなっていることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 11.
The plurality of isolated holes are a gas supply diffusion layer for a fuel cell, characterized in that the distance between the isolated holes adjacent to each other in the width direction is gradually narrowed toward the downstream side.
請求項1~12のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記多孔質体層の一方の面に、前記多孔質体層の幅方向一杯に延びた1又は複数のガス圧均等化用溝をさらに有することを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 12.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, further comprising one or a plurality of gas pressure equalizing grooves extending in the width direction of the porous body layer on one surface of the porous body layer.
請求項1~13のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記多孔質体層の一方の面に、少なくとも前記燃料電池用ガスの流入側から中央部まで延びた、又は中央部から前記燃料電池用ガスの流出側まで延びた1又は複数のバイパス用溝をさらに有することを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 13.
One or more bypass grooves extending from at least the inflow side of the fuel cell gas to the central portion or extending from the central portion to the outflow side of the fuel cell gas on one surface of the porous body layer. Further, a gas supply diffusion layer for a fuel cell, which is characterized by having.
請求項1~14のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記燃料電池用ガス供給拡散層が、カソードガス用の燃料電池用ガス供給拡散層であることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the fuel cell gas supply diffusion layer according to any one of claims 1 to 14.
The fuel cell gas supply / diffusion layer, wherein the fuel cell gas supply / diffusion layer is a fuel cell gas supply / diffusion layer for cathode gas.
請求項15に記載の燃料電池用ガス供給拡散層において、
前記カソードガスが空気であることを特徴とする燃料電池用ガス供給拡散層。
In the gas supply diffusion layer for a fuel cell according to claim 15.
A gas supply diffusion layer for a fuel cell, wherein the cathode gas is air.
ガス遮蔽板と、前記ガス遮蔽板の少なくとも一方の面に配設された燃料電池用ガス供給拡散層とを備える燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用ガス供給拡散層は、請求項1~16のいずれかに記載の燃料電池用ガス供給拡散層であり、
前記燃料電池用ガス供給拡散層は、前記複数の孤立穴が前記ガス遮蔽板側に位置するように前記ガス遮蔽板に対して配置されており、
前記孤立穴と前記ガス遮蔽板とでガス流路が構成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator comprising a gas shield plate and a fuel cell gas supply diffusion layer disposed on at least one surface of the gas shield plate.
The fuel cell gas supply / diffusion layer is the fuel cell gas supply / diffusion layer according to any one of claims 1 to 16.
The gas supply diffusion layer for a fuel cell is arranged with respect to the gas shielding plate so that the plurality of isolated holes are located on the gas shielding plate side.
A separator for a fuel cell, characterized in that a gas flow path is formed by the isolated hole and the gas shielding plate.
燃料電池用セパレータと、膜電極接合体とが積層されてなる燃料電池セルスタックであって、
前記燃料電池用セパレータは、請求項17に記載の燃料電池用セパレータであり、
前記燃料電池用セパレータと前記膜電極接合体とは、前記燃料電池用ガス供給拡散層の前記複数の孤立穴が形成されていない側の面に前記膜電極接合体が位置する位置関係で積層されていることを特徴とする燃料電池セルスタック。
A fuel cell stack in which a separator for a fuel cell and a membrane electrode assembly are laminated.
The fuel cell separator is the fuel cell separator according to claim 17.
The fuel cell separator and the membrane electrode assembly are laminated in a positional relationship in which the membrane electrode assembly is located on the surface of the fuel cell gas supply diffusion layer on the side where the plurality of isolated holes are not formed. A fuel cell stack characterized by being.
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