JP7323379B2 - Fuel cell separator and fuel cell - Google Patents

Fuel cell separator and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP7323379B2
JP7323379B2 JP2019150903A JP2019150903A JP7323379B2 JP 7323379 B2 JP7323379 B2 JP 7323379B2 JP 2019150903 A JP2019150903 A JP 2019150903A JP 2019150903 A JP2019150903 A JP 2019150903A JP 7323379 B2 JP7323379 B2 JP 7323379B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
convex portion
linear
wave
fuel cell
separator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019150903A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021034170A (en
JP2021034170A5 (en
Inventor
英明 加藤
丈明 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2019150903A priority Critical patent/JP7323379B2/en
Publication of JP2021034170A publication Critical patent/JP2021034170A/en
Publication of JP2021034170A5 publication Critical patent/JP2021034170A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7323379B2 publication Critical patent/JP7323379B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本開示は、燃料電池セパレータに関する。 The present disclosure relates to fuel cell separators.

燃料電池車両では、燃料電池を収容するためのスペースの、鉛直方向の寸法が制限されることがある。そのため、燃料電池車両では、例えば、鉛直方向の長さに対して、水平方向の長さが大きい形状を有する燃料電池が用いられている。このような燃料電池のセパレータのGDLと向かいあう面においては、波形状の凸部が水平方向に伸びるように形成されている。波形状の凸部の間に波形状の流路が形成される。特許文献1では、図9に示すように、セパレータ70において波形状の凸部C702に加えて、重力方向の最下部に、平坦状の凸部C701を設けることにより、波形状の凸部C702と平坦状の凸部C701の間に、波形状の流路F702よりも断面積が大きい流路F701を形成したセパレータ70を提示している。このセパレータ70においては、生成水の、重力方向の下方の流路での滞留の防止、及び、生成水のガス流路への効率的な排出を行うことができる。 In a fuel cell vehicle, the vertical dimension of the space for housing the fuel cell may be limited. Therefore, in fuel cell vehicles, for example, fuel cells having a shape in which the horizontal length is longer than the vertical length are used. On the surface facing the GDL of the separator of such a fuel cell, a corrugated convex portion is formed so as to extend in the horizontal direction. Wave-shaped flow paths are formed between the wave-shaped convex portions. In Patent Document 1, as shown in FIG. 9, in addition to the wave-shaped protrusions C702 in the separator 70, flat-shaped protrusions C701 are provided at the lowest part in the direction of gravity to form the wave-shaped protrusions C702 and A separator 70 is presented in which flow paths F701 having a larger cross-sectional area than wave-shaped flow paths F702 are formed between flat convex portions C701. In this separator 70, it is possible to prevent the generated water from stagnation in the lower flow path in the gravitational direction and to efficiently discharge the generated water to the gas flow path.

特開2074-27970号公報JP-A-2074-27970

ところで、GDLは、カーボンペーパ等で構成されている。また、GDLに対してセパレータと逆の側には、表面に触媒層が設けられたMEAが配されている。従来技術においては、図10に示すように、波形状の凸部C702と平坦状の凸部C701の間の流路幅R701は、波形状の凸部C702と波形状の凸部C702の間の流路幅R702よりも広くなる。この結果、セパレータ70と重ねられているGDL80が広くなった流路F701に突出し、流路の圧損が生じるおそれがあった(図10破線枠内参照)。また、流路幅が大きくなっている部分において、GDLと触媒層との接触抵抗が増加するという心配があった。 By the way, the GDL is made of carbon paper or the like. Further, an MEA having a catalyst layer provided on its surface is disposed on the side of the GDL opposite to the separator. In the conventional technology, as shown in FIG. 10, the width R701 of the flow path between the wavy convex portion C702 and the flat convex portion C701 is the width between the wavy convex portion C702 and the wavy convex portion C702. It becomes wider than the channel width R702. As a result, the GDL 80 overlapping the separator 70 may protrude into the widened flow path F701, causing pressure loss in the flow path (see the broken line frame in FIG. 10). In addition, there was a concern that the contact resistance between the GDL and the catalyst layer would increase in the portion where the width of the flow path is large.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本開示の一形態によれば、燃料電池用セパレータが提供される。この燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータの一方の面に設けられた直線状の凸部と、前記直線状の凸部に対して一方の側において、前記直線状の凸部と並列に伸びる複数の波形状の凸部と、を有し、複数の前記波形状の凸部のうち、最も前記直線状の凸部と近い前記波形状の凸部と、前記直線状の凸部と、の間であって、前記波形状の凸部の各部のうち、前記直線状の凸部から最も離れている部分と、前記直線状の凸部との間に、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部は、前記波形状の凸部と前記直線状の凸部とから互いに独立しており、それぞれ三角柱状の形状であることを特徴とし、前記直線状の凸部と、前記複数の凸部のそれぞれとの間には、反応ガスを流通させる流路が形成されている。
(2)本開示の他の形態によれば、燃料電池セルが提供される。この燃料電池セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体を挟む、互いに向かい合う第1の辺および第2の辺と互いに向かい合う第3の辺と第4の辺とを有する一対の四角形の板状のセパレータと、前記第2の辺よりも前記第1の辺に近い位置に設けられた、酸化ガス供給マニホールドと、冷却水供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、前記第1の辺よりも前記第2の辺に近い位置に設けられた、燃料ガス供給マニホールドと、冷却水排出マニホールドと、酸化ガス排出マニホールドと、前記セパレータの一方の面であって、前記膜電極ガス拡散層接合体と向かい合う側の面に、前記第1の辺から前記第2の辺に向かう向きに伸びる複数の波形凸部と、前記波形凸部と並列に伸びる直線状の凸部と、を有し、前記波形凸部のうち、前記直線状の凸部に最も近い前記波形凸部と、前記直線状の凸部との間であって、前記波形凸部の各部のうち、前記直線状の凸部から最も離れている部分と、前記直線状の凸部との間に、複数の凸部が設けられており、前記複数の凸部は、前記波形凸部と前記直線状の凸部とから互いに独立しており、それぞれ三角柱状の形状であることを特徴とし、前記膜電極ガス拡散層接合体の前記セパレータと向かい合う面において、前記複数の波形凸部または前記複数の凸部が接していない部分と、前記セパレータとの間には、流路が形成されている。
The present disclosure can be implemented as the following forms.
(1) According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell separator is provided. This fuel cell separator has a linear projection provided on one surface of the fuel cell separator, and extends parallel to the linear projection on one side of the linear projection. and a plurality of wave-shaped convex portions, wherein the wave-shaped convex portion that is closest to the linear convex portion among the plurality of wave-shaped convex portions and the linear convex portion. a plurality of convex portions are provided between the wave-shaped convex portions and between the linear convex portion and the portion farthest from the linear convex portion, The plurality of convex portions are independent from the wave-shaped convex portion and the linear convex portion and each have a triangular prism shape, and the linear convex portion and the plurality of convex portions are Between each of the projections, a channel is formed through which the reactant gas flows.
(2) According to another aspect of the present disclosure, a fuel cell is provided. This fuel cell includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly, first and second sides facing each other, and third and fourth sides facing each other sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly. an oxidizing gas supply manifold, a cooling water supply manifold, and a fuel gas discharge manifold provided at a position closer to the first side than the second side; A fuel gas supply manifold, a cooling water discharge manifold, an oxidant gas discharge manifold, and one surface of the separator, which are provided at a position closer to the second side than the first side, the membrane A plurality of wavy protrusions extending in a direction from the first side toward the second side, and linear protrusions extending in parallel with the wavy protrusions, on the surface facing the electrode gas diffusion layer assembly. , and between the wavy convex portion closest to the linear convex portion and the linear convex portion among the wavy convex portions, among the portions of the wavy convex portion, the A plurality of projections are provided between the portion farthest from the linear projection and the linear projection, and the plurality of projections are arranged between the wavy projection and the linear projection. each of the plurality of wavy protrusions or the plurality of protrusions on the surface of the membrane electrode gas diffusion layer assembly facing the separator, and A channel is formed between the portion where the contact is not made and the separator.

本開示の一形態によれば、燃料電池用セパレータが提供される。この燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータの一方の面に設けられた直線状の凸部と、前記直線状の凸部に対して一方の側において、前記直線状の凸部と並列に伸びる複数の波形状の凸部と、を有し、複数の前記波形状の凸部のうち、最も前記直線状の凸部と近い前記波形状の凸部と、前記直線状の凸部と、の間であって、前記波形状の凸部の各部のうち、前記直線状の凸部から最も離れている部分と、前記直線状の凸部との間に、少なくとも一つ以上の凸部が設けられていることを特徴とする。この形態の燃料電池用セパレータによれば、燃料電池用セパレータを燃料電池セルに取り付けた際、流路におけるGDLの突出を防ぐことができる。このため流路の圧損の増加を防ぐことができる。また、GDLと触媒層との接触抵抗の増加を抑えることができる。 According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell separator is provided. This fuel cell separator has a linear projection provided on one surface of the fuel cell separator, and extends parallel to the linear projection on one side of the linear projection. and a plurality of wave-shaped convex portions, wherein the wave-shaped convex portion that is closest to the linear convex portion among the plurality of wave-shaped convex portions and the linear convex portion. and at least one or more protrusions are provided between the portion of the wave-shaped protrusions that is farthest from the straight protrusions and the straight protrusions. It is characterized by being According to the fuel cell separator of this form, when the fuel cell separator is attached to the fuel cell, it is possible to prevent the GDL from protruding in the channel. Therefore, an increase in pressure loss in the flow path can be prevented. Also, an increase in contact resistance between the GDL and the catalyst layer can be suppressed.

本開示の第一実施形態における、燃料電池セルの概略構成図を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a fuel cell in the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第一実施形態における、カソード側セパレータの概略構成図を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a cathode-side separator in the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第一実施形態における、アノード側セパレータの概略構成図を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of an anode-side separator in the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第一実施形態の、図1におけるIV-IV線断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1 of the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示における第二実施形態における、アノード側セパレータの概略構成図を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of an anode-side separator in the second embodiment of the present disclosure; 本開示の第二実施形態の、図4におけるIV-IV線と同じ箇所での断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the second embodiment of the present disclosure, taken along line IV-IV in FIG. 4; 本開示における第三実施形態における、カソード側セパレータの概略構成図を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a cathode-side separator in the third embodiment of the present disclosure; 本開示の第三実施形態の、図7におけるVIII-VIII線での断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view along line VIII-VIII in FIG. 7 of the third embodiment of the present disclosure; 従来技術のセパレータの概略構成図を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a conventional separator; 従来技術の燃料電池セルの、図4におけるIV-IV線と同じ箇所での断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional fuel cell at the same location as line IV-IV in FIG. 4;

A.第一実施形態
A1.燃料電池セル1の構成
図1は、本開示の第一実施形態における、燃料電池セル1の概略構成図を示す説明図である。燃料電池セル1は、反応ガスとして水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとの供給を受けて発電する。燃料ガスとしては、水素ガスを用いる。酸化ガスとしては、空気を用いる。
A. First Embodiment A1. Configuration of Fuel Cell 1 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a fuel cell 1 in the first embodiment of the present disclosure. The fuel cell 1 generates power by being supplied with a fuel gas containing hydrogen as reaction gases and an oxidizing gas containing oxygen. Hydrogen gas is used as the fuel gas. Air is used as the oxidizing gas.

燃料電池セル1は、複数の燃料電池セル1が図示しない一対のエンドプレートにより積層方向であるY軸の方向に支持される。また、積層方向は水平方向である。燃料電池セル1は、カソード側セパレータ10と、アノード側セパレータ20と、膜電極ガス拡散層接合体30を備える。説明の便宜上、膜電極ガス拡散層接合体30を、MEGA(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)30とも呼ぶ。 A plurality of fuel cells 1 are supported in the Y-axis direction, which is the stacking direction, by a pair of end plates (not shown). Moreover, the stacking direction is the horizontal direction. The fuel cell 1 comprises a cathode side separator 10 , an anode side separator 20 and a membrane electrode gas diffusion layer assembly 30 . For convenience of explanation, the membrane electrode gas diffusion layer assembly 30 is also called MEGA (Membrane Electrode Gas diffusion layer assembly) 30 .

図2は、本開示の第一実施形態における、カソード側セパレータ10の概略構成図を示す説明図である。カソード側セパレータ10は、隣接するMEGA30に酸素ガスを供給する(図2参照)。カソード側セパレータ10は、金属製部材により形成される。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of the cathode-side separator 10 in the first embodiment of the present disclosure. The cathode-side separator 10 supplies oxygen gas to the adjacent MEGA 30 (see FIG. 2). The cathode-side separator 10 is made of a metal member.

カソード側セパレータ10は、酸化ガス供給マニホールド100aと、冷却水供給マニホールドCW1と、燃料ガス排出マニホールド200bと、燃料ガス供給マニホールド200aと、冷却水排出マニホールドCW2と、酸化ガス排出マニホールド100bと、直線状凸部C101と、波形状凸部C102と、三角状凸部C103と、流入側エンボス103aと排出側エンボス104aを備える。 The cathode-side separator 10 includes an oxidant gas supply manifold 100a, a cooling water supply manifold CW1, a fuel gas discharge manifold 200b, a fuel gas supply manifold 200a, a cooling water discharge manifold CW2, an oxidant gas discharge manifold 100b, and a straight line. It has a convex portion C101, a wave-shaped convex portion C102, a triangular convex portion C103, an inflow-side embossment 103a, and a discharge-side embossment 104a.

燃料電池セル1は、複数が積層されることで、図示しない燃料電池スタックを形成する。燃料電池スタックの内部には、積層方向であるY軸方向に沿って、複数のマニホールド(100a、100b、200a、200b、CW1、CW2)が形成される(図1参照)。 A plurality of fuel cells 1 are stacked to form a fuel cell stack (not shown). A plurality of manifolds (100a, 100b, 200a, 200b, CW1, CW2) are formed inside the fuel cell stack along the Y-axis direction, which is the stacking direction (see FIG. 1).

酸化ガス供給マニホールド100aには、酸化ガスが流入される。冷却水供給マニホールドCW1には、冷却水が流入される。燃料ガス排出マニホールド200bには、燃料ガスが排出される。酸化ガス供給マニホールド100aと、冷却水供給マニホールドCW1と、燃料ガス排出マニホールド200bは、カソード側セパレータ10の、二つの短辺のうち、一辺である辺Aの近傍に沿って形成されている。酸化ガス供給マニホールド100aと、冷却水供給マニホールドCW1と、燃料ガス排出マニホールド200bは、Z軸の負方向に向かって、この順に設けられている。 Oxidant gas is flowed into the oxidant gas supply manifold 100a. Cooling water flows into the cooling water supply manifold CW1. Fuel gas is discharged to the fuel gas discharge manifold 200b. The oxidant gas supply manifold 100a, the cooling water supply manifold CW1, and the fuel gas discharge manifold 200b are formed along the vicinity of side A, which is one of the two short sides of the cathode-side separator . The oxidant gas supply manifold 100a, the cooling water supply manifold CW1, and the fuel gas discharge manifold 200b are arranged in this order in the negative direction of the Z axis.

燃料ガス供給マニホールド200aには、燃料ガスが供給される。冷却水排出マニホールドCW2には、冷却水が排出される。酸化ガス排出マニホールド100bには、酸化ガスが排出される。燃料ガス供給マニホールド200aと、冷却水排出マニホールドCW2と、酸化ガス排出マニホールド100bは、上述した辺Aと対向する辺Bの近傍に沿って形成されている。燃料ガス供給マニホールド200aと、冷却水排出マニホールドCW2と、酸化ガス排出マニホールド100bは、Z軸の負方向に向かって、この順に設けられている。 Fuel gas is supplied to the fuel gas supply manifold 200a. Cooling water is discharged to the cooling water discharge manifold CW2. Oxidant gas is discharged to the oxidant gas discharge manifold 100b. The fuel gas supply manifold 200a, the cooling water discharge manifold CW2, and the oxidant gas discharge manifold 100b are formed along the vicinity of the side B facing the side A described above. The fuel gas supply manifold 200a, cooling water discharge manifold CW2, and oxidant gas discharge manifold 100b are provided in this order in the negative direction of the Z-axis.

後述するアノード側セパレータ20でも、酸化ガス供給マニホールド100aと、冷却水供給マニホールドCW1と、燃料ガス排出マニホールド200bと、燃料ガス供給マニホールド200aと、冷却水排出マニホールドCW2と、酸化ガス排出マニホールド100bを備える。それらの構成は、カソード側セパレータ10と同様の構成である。 The anode-side separator 20, which will be described later, also includes an oxidant gas supply manifold 100a, a cooling water supply manifold CW1, a fuel gas discharge manifold 200b, a fuel gas supply manifold 200a, a cooling water discharge manifold CW2, and an oxidant gas discharge manifold 100b. . Their configurations are similar to those of the cathode-side separator 10 .

直線状凸部C101は、略直線の形状を有する凸部である。直線状凸部C101は、カソード側セパレータ10の一方の面である10aに設けられている。直線状凸部C101は、面10aから突出する。面10aは、MEGA30に向かう面である。直線状凸部C101は、X軸上に伸びている。直線状凸部C101は、後述する波形状凸部C102に対して、カソード側セパレータ10のZ軸の正方向の側と、負方向の側にそれぞれ一つずつ設けられている。また、直線状凸部C101は、後述する波形状凸部C102と三角状凸部C103との間に、X軸上に伸びる直線状流路F101を形成する。 The linear convex portion C101 is a convex portion having a substantially linear shape. The straight convex portion C101 is provided on one surface 10a of the cathode-side separator 10. As shown in FIG. The linear protrusion C101 protrudes from the surface 10a. The surface 10a faces the MEGA 30 . The straight convex portion C101 extends on the X-axis. The linear projections C101 are provided one each on the positive direction side and the negative direction side of the Z-axis of the cathode-side separator 10 with respect to the wave-shaped projections C102, which will be described later. Further, the linear convex portion C101 forms a linear flow path F101 extending on the X-axis between the later-described wave-shaped convex portion C102 and triangular convex portion C103.

波形状凸部C102は、略波形の形状を有する複数の凸部である。波形状凸部C102は、面10aから突出する。波形状凸部C102は、直線状凸部C101に対して、カソード側セパレータ10の中心側において、直線状凸部C101と並列に伸びるように形成されている。波形状凸部C102は、伸びている方向に沿って、直線状凸部C101との距離が変動する。隣接する波形状凸部C102は、波形状流路F102を形成する。波形状凸部C102は、屈曲して接続された直線状部分で構成されている。また、波形状凸部C102は、周期、振幅が一定の三角波である。 The wavy convex portions C102 are a plurality of convex portions having a substantially wavy shape. The wave-shaped convex portion C102 protrudes from the surface 10a. The wave-shaped convex portion C102 is formed so as to extend parallel to the linear convex portion C101 on the center side of the cathode-side separator 10 with respect to the linear convex portion C101. The wavy convex portion C102 varies in distance from the linear convex portion C101 along the extending direction. Adjacent corrugated convex portions C102 form corrugated flow paths F102. The wave-shaped convex portion C102 is composed of linear portions that are bent and connected. Also, the wave-shaped convex portion C102 is a triangular wave with a constant period and amplitude.

三角状凸部C103は、略三角の形状を有する複数の凸部である。三角状凸部C103は、面10aから突出する。三角状凸部C103は、複数の波形状凸部C102のうち、最も直線状凸部C101と近い波形状凸部C102aと、直線状凸部C101との間に設けられている。また、三角状凸部C103は、波形状凸部C102aの各部のうち、直線状凸部C101から最も離れている部分102aaと、直線状凸部C101との間に設けられている。三角状凸部C103は、波形状凸部C102との間に屈曲流路F103を形成する。 The triangular convex portion C103 is a plurality of convex portions having a substantially triangular shape. The triangular convex portion C103 protrudes from the surface 10a. The triangular convex portion C103 is provided between the linear convex portion C101 and the corrugated convex portion C102a that is closest to the linear convex portion C101 among the plurality of corrugated convex portions C102. Further, the triangular convex portion C103 is provided between the portion 102aa farthest from the linear convex portion C101 and the linear convex portion C101 among the portions of the wave-shaped convex portion C102a. The triangular convex portion C103 forms a curved flow path F103 with the wave-shaped convex portion C102.

直線状流路F101と、波形状流路F102と、屈曲流路F103を合わせた流路を、酸化ガス流路部F10ともよぶ。 A flow path including the linear flow path F101, the wavy flow path F102, and the curved flow path F103 is also called an oxidizing gas flow path portion F10.

流入側エンボス103aは、カソード側セパレータ10の、MEGA30に向かう面10aから突出する複数の突起である。複数の流入側エンボス103aは、互いに離れて設けられており、複数の流入側エンボス103a間の空間が互いに連通してエンボス部103を形成している。エンボス部103は、酸化ガスを面10a内にてX軸の負方向に均一に分配する機能を奏する。 The inflow-side embossments 103 a are a plurality of protrusions protruding from the surface 10 a of the cathode-side separator 10 facing the MEGA 30 . The plurality of inflow-side embossments 103a are provided apart from each other, and the spaces between the plurality of inflow-side embossments 103a communicate with each other to form the embossed portions 103 . The embossed portions 103 have the function of uniformly distributing the oxidizing gas in the negative direction of the X-axis within the surface 10a.

排出側エンボス104aは、カソード側セパレータ10の、MEGA30に向かう面10aから突出する複数の突起である。排出側エンボス104aは、互いに離れて設けられており、複数の排出側エンボス104a間の空間が互いに連通してエンボス部104を形成している。エンボス部104は、酸化ガスを均一に排出する機能を奏する。 The discharge-side embossments 104 a are a plurality of protrusions protruding from the surface 10 a of the cathode-side separator 10 facing the MEGA 30 . The discharge side embossments 104a are provided apart from each other, and the spaces between the plurality of discharge side embossments 104a communicate with each other to form the embossed portions 104. As shown in FIG. The embossed portion 104 has a function of uniformly discharging the oxidizing gas.

図3は、本開示の第一実施形態における、アノード側セパレータ20の概略構成図を示す説明図である。アノード側セパレータ20は、隣接するMEGA30に燃料ガスを供給する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of the anode-side separator 20 in the first embodiment of the present disclosure. The anode-side separator 20 supplies fuel gas to the adjacent MEGA 30 .

アノード側セパレータ20は、酸化ガス供給マニホールド100aと、冷却水供給マニホールドCW1と、燃料ガス排出マニホールド200bと、燃料ガス供給マニホールド200aと、冷却水排出マニホールドCW2と、酸化ガス排出マニホールド100bと、直線状凸部C201と、波形状凸部C202と、三角状凸部C203と、流入側エンボス203aと排出側エンボス204aを備える。 The anode-side separator 20 includes an oxidant gas supply manifold 100a, a cooling water supply manifold CW1, a fuel gas discharge manifold 200b, a fuel gas supply manifold 200a, a cooling water discharge manifold CW2, an oxidant gas discharge manifold 100b, and a straight line. It has a convex portion C201, a wave-shaped convex portion C202, a triangular convex portion C203, an inflow-side embossment 203a, and a discharge-side embossment 204a.

直線状凸部C201は、略直線の形状を有する凸部である。直線状凸部C201は、アノード側セパレータ20の一方の面である20aに設けられている。直線状凸部C201は、面20aから突出する。面20aは、MEGA30に向かう面である。直線状凸部C201は、X軸上に伸びている。直線状凸部C201は、後述する波形状凸部C202に対して、アノード側セパレータ20のZ軸の正方向の側と、負方向の側にそれぞれ一つずつ設けられている。また、直線状凸部C201は、後述する波形状凸部C202と三角状凸部C203との間に、X軸上に伸びる直線状流路F201を形成する。 The linear convex portion C201 is a convex portion having a substantially linear shape. The straight convex portion C201 is provided on one surface 20a of the anode-side separator 20. As shown in FIG. The linear protrusion C201 protrudes from the surface 20a. The surface 20a faces the MEGA 30 . The straight convex portion C201 extends on the X-axis. The linear projections C201 are provided one each on the positive direction side and the negative direction side of the Z-axis of the anode-side separator 20 with respect to the wave-shaped projections C202, which will be described later. Further, the linear convex portion C201 forms a linear flow path F201 extending on the X-axis between the later-described wave-shaped convex portion C202 and triangular convex portion C203.

波形状凸部C202は、略波形の形状を有する複数の凸部である。波形状凸部C202は、面20aから突出する。波形状凸部C202は、直線状凸部C201に対して、アノード側セパレータ20の中心側において、直線状凸部C201と並列に伸びるように形成されている。波形状凸部C202は、伸びている方向に沿って、直線状凸部C201との距離が変動する。隣接する波形状凸部C202は、波形状流路F202を形成する。波形状凸部C202は、屈曲して接続された直線状部分で構成されている。また、波形状凸部C202は、周期、振幅が一定の三角波である。 The wave-shaped convex portions C202 are a plurality of convex portions having a substantially wave-like shape. The wave-shaped convex portion C202 protrudes from the surface 20a. The wave-shaped convex portion C202 is formed so as to extend parallel to the linear convex portion C201 on the center side of the anode-side separator 20 with respect to the linear convex portion C201. The wavy convex portion C202 varies in distance from the linear convex portion C201 along the extending direction. Adjacent corrugated convex portions C202 form corrugated flow paths F202. The wave-shaped convex portion C202 is composed of linear portions that are bent and connected. Also, the wave-shaped convex portion C202 is a triangular wave with a constant period and amplitude.

三角状凸部C203は、略三角の形状を有する凸部である。三角状凸部C203は、面20aから突出する。三角状凸部C203は、波形状凸部C202のうち、最も直線状凸部C201と近い波形状凸部C202aと直線状凸部C201との間に設けられている。また、三角状凸部C203は、波形状凸部C202aの各部のうち、直線状凸部C201から最も離れている部分C202aaと、直線状凸部C201との間に設けられている。三角状凸部C203は、波形状凸部C202との間に屈曲流路F203を形成する。 The triangular convex portion C203 is a convex portion having a substantially triangular shape. The triangular convex portion C203 protrudes from the surface 20a. The triangular convex portion C203 is provided between the linear convex portion C201 and the corrugated convex portion C202a closest to the linear convex portion C201 among the corrugated convex portions C202. Further, the triangular convex portion C203 is provided between the portion C202aa farthest from the linear convex portion C201 and the linear convex portion C201 among the portions of the wave-shaped convex portion C202a. The triangular convex portion C203 forms a curved flow path F203 with the wave-shaped convex portion C202.

直線状流路F201と、波形状流路F202と、屈曲流路F203を、合わせて燃料ガス流路部F20ともよぶ。 The linear flow path F201, the wavy flow path F202, and the curved flow path F203 are collectively referred to as a fuel gas flow path portion F20.

流入側エンボス203aは、アノード側セパレータ20の、MEGA30に向かう面20aから突出する複数の突起である。複数の流入側エンボス203aは、互いに離れて設けられており、複数の流入側エンボス203a間の空間が互いに連通してエンボス部203を形成している。エンボス部203は、燃料ガスを面20a内にてX軸の正方向に均一に分配する機能を奏する。 The inflow-side embossments 203 a are a plurality of protrusions protruding from the surface 20 a of the anode-side separator 20 facing the MEGA 30 . The plurality of inflow-side embossments 203a are provided apart from each other, and the spaces between the plurality of inflow-side embossments 203a communicate with each other to form embossed portions 203 . The embossed portions 203 have the function of uniformly distributing the fuel gas in the positive direction of the X-axis within the surface 20a.

排出側エンボス204aは、アノード側セパレータ20の、MEGA30に向かう面20aから突出する複数の突起である。排出側エンボス204aは、互いに離れて設けられており、複数の排出側エンボス204a間の空間が互いに連通してエンボス部204を形成している。エンボス部204は、燃料ガスを均一に排出する機能を奏する。 The discharge-side embossments 204 a are a plurality of protrusions protruding from the surface 20 a of the anode-side separator 20 facing the MEGA 30 . The discharge side embossments 204a are provided apart from each other, and the spaces between the plurality of discharge side embossments 204a communicate with each other to form the embossed portions 204. As shown in FIG. The embossed portion 204 has the function of uniformly discharging the fuel gas.

図4は、本開示の第一実施形態の、図1におけるIV-IV線断面図である。図4に示すように、MEGA30は電解質膜300と、カソード電極310aと、アノード電極310bと、酸化ガス拡散層320aと、燃料ガス拡散層320bを有している。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1 of the first embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 4, the MEGA 30 has an electrolyte membrane 300, a cathode electrode 310a, an anode electrode 310b, an oxidizing gas diffusion layer 320a, and a fuel gas diffusion layer 320b.

電解質膜300は、プロトンの伝導及びこれに伴う水の移動についての性能を有する。電解質膜300は、スルホン酸基を含むフッ素樹脂系のイオン交換膜で形成される。 The electrolyte membrane 300 has the ability to conduct protons and the associated water transfer. The electrolyte membrane 300 is formed of a fluororesin-based ion exchange membrane containing sulfonic acid groups.

カソード電極310aは、カソード側の電極反応が進行する反応場であり、アノード電極310bと同様に、電解質膜300との接触面の近辺に触媒を含んでいる。アノード電極310bは、アノード側の電極反応が進行する反応場であり、電解質膜300との接触面の近辺に電極反応を促進する触媒を含んでいる。 Cathode electrode 310a is a reaction field in which electrode reactions on the cathode side proceed, and contains a catalyst in the vicinity of the contact surface with electrolyte membrane 300, similar to anode electrode 310b. Anode electrode 310 b is a reaction field where an anode-side electrode reaction proceeds, and contains a catalyst that accelerates the electrode reaction in the vicinity of the contact surface with electrolyte membrane 300 .

酸化ガス拡散層320aは、酸化ガスの供給時に酸化ガスを拡散する。酸化ガス拡散層320aは、ガス透過性および電子伝導性を有する。燃料ガス拡散層320bは、燃料ガスの供給時に燃料ガスを拡散する。燃料ガス拡散層320bは、ガス透過性および電子伝導性を有する。 The oxidizing gas diffusion layer 320a diffuses the oxidizing gas when the oxidizing gas is supplied. The oxidizing gas diffusion layer 320a has gas permeability and electronic conductivity. The fuel gas diffusion layer 320b diffuses the fuel gas when the fuel gas is supplied. The fuel gas diffusion layer 320b has gas permeability and electronic conductivity.

A2.燃料電池セル1の動作:
図1に示すように、酸化ガス供給マニホールド100aに、矢印SA(図1の白抜き矢印参照)の向きに酸化ガスが供給される。供給された酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド100aから、凸部が突出している面10aに導入される。供給された酸化ガスは、エンボス部103を通って、酸化ガス流路部F10をX軸の負方向に向かって流動する(図2参照)。
A2. Operation of fuel cell 1:
As shown in FIG. 1, oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas supply manifold 100a in the direction of arrow SA (see the white arrow in FIG. 1). The supplied oxidizing gas is introduced from the oxidizing gas supply manifold 100a to the surface 10a on which the projections protrude. The supplied oxidizing gas passes through the embossed portion 103 and flows in the oxidizing gas flow path portion F10 in the negative direction of the X axis (see FIG. 2).

酸化ガスの供給とともに、燃料ガス供給マニホールド200aに、矢印SB(図1のクロスハッチング矢印参照)のように燃料ガスが供給される。供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド200aから面20aに導入される。供給された燃料ガスは、エンボス部203を通って、燃料ガス流路部F20をX軸の正方向に向かって流動する(図3参照)。 Along with the supply of the oxidant gas, the fuel gas is supplied to the fuel gas supply manifold 200a as indicated by an arrow SB (see the cross-hatched arrow in FIG. 1). The supplied fuel gas is introduced from the fuel gas supply manifold 200a to the surface 20a. The supplied fuel gas passes through the embossed portion 203 and flows through the fuel gas flow path portion F20 in the positive direction of the X axis (see FIG. 3).

酸化ガス流路部F10を通る酸化ガスは、酸化ガス拡散層320aを透過してカソード電極310aに供給される。また、燃料ガス流路部F20を通る燃料ガスは、燃料ガス拡散層320bを透過してアノード電極310bに供給される。供給された酸化ガスと燃料ガスは、電気化学反応により消費され、発電が行われる。 The oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow path portion F10 passes through the oxidizing gas diffusion layer 320a and is supplied to the cathode electrode 310a. Further, the fuel gas passing through the fuel gas flow path portion F20 passes through the fuel gas diffusion layer 320b and is supplied to the anode electrode 310b. The supplied oxidant gas and fuel gas are consumed by an electrochemical reaction to generate power.

発電により生じた生成水は、カソード側セパレータ10においては酸化ガス拡散層320aを介してX軸の負方向及びZ軸の負方向に移動する(図2参照)。本実施形態においては、Z軸の負方向は重力方向の下方ともよぶ。重力方向の下方に移動した生成水は、酸化ガス流路部F10のうち、特に直線状流路F101と屈曲流路F103からエンボス部104を通った後に、酸化ガス排出マニホールド100bから排出される。 Water generated by power generation moves in the negative direction of the X-axis and the negative direction of the Z-axis through the oxidizing gas diffusion layer 320a in the cathode-side separator 10 (see FIG. 2). In this embodiment, the negative direction of the Z-axis is also referred to as downward in the direction of gravity. The generated water that has moved downward in the direction of gravity is discharged from the oxidant gas discharge manifold 100b after passing through the embossed portion 104, especially from the linear flow channel F101 and the curved flow channel F103 of the oxidant gas flow channel portion F10.

アノード側セパレータ20においては、酸化ガス流路部F10から燃料ガス流路部F20に浸透した生成水が重力方向の下方に移動する(図3参照)。燃料ガス流路部F20に移動した生成水は、燃料ガス流路部F20のうち、特に直線状流路F201と屈曲流路F203からエンボス部204を通った後に、燃料ガス排出マニホールド200bから排出される。 In the anode-side separator 20, the generated water that permeates from the oxidizing gas flow path portion F10 to the fuel gas flow path portion F20 moves downward in the direction of gravity (see FIG. 3). The generated water that has moved to the fuel gas flow path portion F20 is discharged from the fuel gas discharge manifold 200b after passing through the embossed portion 204 from the straight flow path F201 and the curved flow path F203 in the fuel gas flow path portion F20. be.

図9は、従来技術のセパレータ70の概略構成図を示す説明図である。図10は、従来技術の、燃料電池セルの図4におけるIV-IV線と同じ箇所での断面図である。図9及び図10に示すように、セパレータ70の流路幅R701とは、直線状凸部C701から最も離れている部分C702aaと直線状凸部C701との間の流路をいう。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of a conventional separator 70. As shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional fuel cell at the same location as line IV-IV in FIG. As shown in FIGS. 9 and 10, the flow path width R701 of the separator 70 refers to the flow path between the portion C702aa farthest from the linear protrusion C701 and the linear protrusion C701.

図2に示すように、直線状凸部C101から最も離れている部分C102aaと直線状凸部C101との間に三角状凸部C103が設けられている。これにより、直線状流路F101の流路幅R101の寸法が、三角状凸部C103が設けられていない場合の流路幅R701の寸法よりも小さくなる(図4及び図10参照)。 As shown in FIG. 2, a triangular convex portion C103 is provided between a portion C102aa farthest from the linear convex portion C101 and the linear convex portion C101. As a result, the dimension of the channel width R101 of the linear channel F101 becomes smaller than the dimension of the channel width R701 when the triangular convex portion C103 is not provided (see FIGS. 4 and 10).

また、図3に示すように、直線状凸部C201から最も離れている部分C202aaと直線状凸部C201との間に三角状凸部C203が設けられている。これにより、直線状流路F201の流路幅R201の寸法が、三角状凸部C203が設けられていない場合の流路幅R701の寸法よりも小さくなる(図4及び図10参照)。 Further, as shown in FIG. 3, a triangular convex portion C203 is provided between the portion C202aa farthest from the linear convex portion C201 and the linear convex portion C201. As a result, the dimension of the channel width R201 of the linear channel F201 becomes smaller than the dimension of the channel width R701 when the triangular convex portion C203 is not provided (see FIGS. 4 and 10).

この結果、直線状流路F101及び直線状流路F201における酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bの突出を防ぐことができる(図4破線枠内)。このため直線状流路F101及び直線状流路F201における酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bの圧損の増加を防ぐことができる。また、酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bと触媒層との接触抵抗の増加を抑えることができる。 As a result, it is possible to prevent the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b from protruding in the linear flow paths F101 and F201 (within the broken line frame in FIG. 4). Therefore, it is possible to prevent an increase in pressure loss of the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b in the linear flow paths F101 and F201. Also, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the oxidation gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b and the catalyst layer.

さらに、三角状凸部C103、C203を設けることで、直線状流路F101、F201と屈曲流路F103、F203の間を流れる酸化ガス及び燃料ガスが酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bに入り込みやすくなる。これにより酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bから生成水が押し出されるため、生成水が流路から排出されやすくなる。 Further, by providing the triangular convex portions C103 and C203, the oxidizing gas and the fuel gas flowing between the linear flow paths F101 and F201 and the curved flow paths F103 and F203 are transferred to the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b. Easier to get in. As a result, the generated water is pushed out from the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b, so that the generated water is easily discharged from the flow path.

消費された酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールド100bに排出される。排出された酸化ガスは、Y軸の負方向へ流動する(図1参照)。また、消費された燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド200bに排出される。排出された燃料ガスは、Y軸の負方向へ流動する(図1参照)。 The consumed oxidizing gas is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 100b. The discharged oxidizing gas flows in the negative direction of the Y-axis (see FIG. 1). Also, the consumed fuel gas is discharged to the fuel gas discharge manifold 200b. The discharged fuel gas flows in the negative direction of the Y-axis (see FIG. 1).

酸化ガスと燃料ガスの供給とともに、冷却水供給マニホールドCW1に、矢印SC(図1のシングルハッチング参照)のように純水である冷却水が供給される。供給された冷却水は、カソード側セパレータ10の面10bとアノード側セパレータ20の面20b間の冷却水流路部FWを、X軸の負方向に向かって流動する。冷却水はMEGA30を冷却した後、冷却水排出マニホールドCW2に排出される(図1参照)。 Along with the supply of the oxidizing gas and the fuel gas, pure cooling water is supplied to the cooling water supply manifold CW1 as indicated by an arrow SC (see single hatching in FIG. 1). The supplied cooling water flows in the cooling water channel portion FW between the surface 10b of the cathode-side separator 10 and the surface 20b of the anode-side separator 20 in the negative direction of the X-axis. After cooling the MEGA 30, the cooling water is discharged to the cooling water discharge manifold CW2 (see FIG. 1).

B.第二実施形態
図5は、本開示における第二実施形態における、アノード側セパレータ40の概略構成図を示す説明図である。第二実施形態では、アノード側セパレータ20の三角状凸部C203に代えて第二波形状凸部C403を備え、カソード側セパレータ10の三角状凸部C103に代えて第二波形状凸部C503を備える点で第一実施形態と異なる。それ以外の構成は第一実施形態の及びカソード側セパレータ10及びアノード側セパレータ20と同様である。なお、以下において、第一実施形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
B. Second Embodiment FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of the anode-side separator 40 in the second embodiment of the present disclosure. In the second embodiment, the triangular protrusions C203 of the anode-side separator 20 are replaced with second wavy protrusions C403, and the triangular protrusions C103 of the cathode-side separator 10 are replaced with second wavy protrusions C503. It differs from the first embodiment in that it is provided. Other configurations are the same as those of the cathode side separator 10 and the anode side separator 20 of the first embodiment. In addition, below, the same code|symbol is attached|subjected about the structure similar to 1st embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted.

図5に示すように、第二波形状凸部C403は、略波形の形状を有する凸部である。第二波形状凸部C403は、アノード側セパレータ40の、MEGA30に向かう面40aから突出する。第二波形状凸部C403は、X軸上に伸びている。第二波形状凸部C403は、波形状凸部C202のうち、最も直線状凸部C201と近い波形状凸部C202aと直線状凸部C201との間に設けられている。また、第二波形状凸部C403は、波形状凸部C202aの各部のうち、直線状凸部C201から最も離れている部分C202aaと、直線状凸部C201との間に設けられている。第二波形状凸部C403の振幅は、波形状凸部C202の振幅よりも小さい。また、波形状凸部C202の波長の大きさと第二波形状凸部C403の波長の大きさは同じである。 As shown in FIG. 5, the second wavy convex portion C403 is a convex portion having a substantially wavy shape. The second wave-shaped convex portion C403 protrudes from the surface 40a of the anode-side separator 40 facing the MEGA 30. As shown in FIG. The second wave-shaped convex portion C403 extends on the X-axis. The second wave-shaped convex portion C403 is provided between the wave-shaped convex portion C202a closest to the straight-line convex portion C201 and the straight-line convex portion C201 among the wave-shaped convex portions C202. Further, the second wave-shaped convex portion C403 is provided between the portion C202aa farthest from the linear convex portion C201 and the linear convex portion C201 among the portions of the wave-shaped convex portion C202a. The amplitude of the second wave-shaped convex portion C403 is smaller than the amplitude of the wave-shaped convex portion C202. Also, the wavelength of the wave-shaped convex portion C202 and the wavelength of the second wave-shaped convex portion C403 are the same.

第二波形状凸部C403は、直線状凸部C201との間に、X軸上に伸びる直線状流路F401を形成する。また、第二波形状凸部C403は、波形状凸部C202との間に、屈曲流路F403を形成する。 The second wave-shaped convex portion C403 forms a linear flow path F401 extending on the X-axis between itself and the linear convex portion C201. Moreover, the second wave-shaped convex part C403 forms the curved flow path F403 between the wave-shaped convex part C202.

カソード側セパレータ50は、アノード側セパレータ40と同様の形状を有する。 The cathode side separator 50 has the same shape as the anode side separator 40 .

図6は、本開示の第二実施形態の、図4におけるIV-IV線と同じ箇所での断面図である。直線状凸部C201から最も離れている部分C202aaと直線状凸部C201との間に第二波形状凸部C403が設けられている(図5参照)。これにより、直線状流路F401の流路幅R401の寸法が、第二波形状凸部C403が設けられていない場合の流路幅R701の寸法よりも小さくなる(図6及び図10参照)。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the second embodiment of the present disclosure taken along line IV-IV in FIG. A second wave-shaped convex portion C403 is provided between the portion C202aa farthest from the linear convex portion C201 and the linear convex portion C201 (see FIG. 5). As a result, the dimension of the channel width R401 of the linear channel F401 becomes smaller than the dimension of the channel width R701 when the second wave-shaped convex portion C403 is not provided (see FIGS. 6 and 10).

また、アノード側セパレータ40と同様に、カソード側セパレータ50の直線状凸部C101から最も離れている部分C102aaと直線状凸部C501との間に第二波形状凸部C503が設けられている。これにより、直線状流路F501の流路幅R501の寸法が、第二波形状凸部C503が設けられていない場合の流路幅R701の寸法よりも小さくなる(図6及び図10参照)。 Further, similarly to the anode-side separator 40, a second wave-shaped convex portion C503 is provided between the portion C102aa of the cathode-side separator 50 farthest from the linear convex portion C101 and the linear convex portion C501. As a result, the dimension of the channel width R501 of the linear channel F501 becomes smaller than the dimension of the channel width R701 when the second wave-shaped convex portion C503 is not provided (see FIGS. 6 and 10).

この結果、直線状流路F401及び直線状流路F501における酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bの突出を防ぐことができる(図6破線枠内)。このため直線状流路F401及び直線状流路F501における酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bの圧損を防ぐことができる。また、酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bと触媒層との接触抵抗の増加を抑えることができる。 As a result, it is possible to prevent the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b from protruding in the linear flow paths F401 and F501 (within the broken line frame in FIG. 6). Therefore, it is possible to prevent pressure loss in the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b in the linear flow paths F401 and F501. Also, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the oxidation gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b and the catalyst layer.

さらに、第二波形状凸部C403、C503を設けることで、直線状流路F401、F501と屈曲流路F403、F503の間を流れる酸化ガス及び燃料ガスが、酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bに入り込みやすくなる。そのため酸化ガス拡散層320a及び燃料ガス拡散層320bから生成水が押し出されるため、排水性が向上する。 Furthermore, by providing the second wave-shaped convex portions C403 and C503, the oxidizing gas and the fuel gas flowing between the linear flow paths F401 and F501 and the curved flow paths F403 and F503 are distributed between the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320a. It becomes easier to enter the layer 320b. As a result, generated water is pushed out from the oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b, thereby improving drainage.

C.第三実施形態
図7は、本開示における第三実施形態における、カソード側セパレータ60の概略構成図を示す説明図である。第三実施形態では、カソード側セパレータ10の直線状凸部C101及び波形状凸部C102に代えて、直線状凸部C601と波形状凸部C602を備える点で第一実施形態と異なる。それ以外の構成は第一実施形態と同様である。なお、以下において、第一実施形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
C. Third Embodiment FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration diagram of the cathode-side separator 60 in a third embodiment of the present disclosure. The third embodiment differs from the first embodiment in that instead of the linear projections C101 and the wavy projections C102 of the cathode-side separator 10, linear projections C601 and wavy projections C602 are provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment. In addition, below, the same code|symbol is attached|subjected about the structure similar to 1st embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted.

図7に示すように、直線状凸部C601は、Z軸の方向に突出する複数の第一凸部C601aと、X軸の方向に伸びる平坦部C601bを有する。平坦部C601bのZ軸方向の幅RH601bの寸法は、第一実施形態における直線状凸部C101のZ軸方向の幅RH101の寸法よりも小さい(図2参照)。 As shown in FIG. 7, the linear convex portion C601 has a plurality of first convex portions C601a projecting in the Z-axis direction and flat portions C601b extending in the X-axis direction. The dimension of the width RH601b in the Z-axis direction of the flat portion C601b is smaller than the dimension of the width RH101 in the Z-axis direction of the linear convex portion C101 in the first embodiment (see FIG. 2).

波形状凸部C602は、第二凸部C602aaと第三凸部C602bbをそれぞれ複数有している。第二凸部C602aaと第三凸部C602bbは、Z軸の方向に突出する。第二凸部C602aaは、直線状凸部C601と最も近い波形状凸部C602aの山又は谷に設けられている。第三凸部C602bbは、直線状凸部C601と、波形状凸部C602aの次に近い波形状凸部C602bの山又は谷に設けられている。 The wave-shaped convex portion C602 has a plurality of second convex portions C602aa and a plurality of third convex portions C602bb. The second protrusion C602aa and the third protrusion C602bb protrude in the Z-axis direction. The second convex portion C602aa is provided at the crest or valley of the wavy convex portion C602a that is closest to the linear convex portion C601. The third convex portion C602bb is provided at the crest or valley of the linear convex portion C601 and the wave-shaped convex portion C602b that is next to the wave-shaped convex portion C602a.

第二凸部C602aaと第三凸部C602bbは、第一凸部C601aとZ軸上に並んで設けられている。第一凸部C601a、第二凸部C602aa、第三凸部C602bbがZ軸上に並んだ部分を、凸部エリア600とする(図7破線枠内参照)。図7に示すように、X軸の負方向に向かって凸部エリア600が存在する密度が増加する。また、X軸の負方向に向かって凸部エリア600が存在する間隔が小さくなる。 The second convex portion C602aa and the third convex portion C602bb are provided side by side with the first convex portion C601a on the Z-axis. A portion where the first convex portion C601a, the second convex portion C602aa, and the third convex portion C602bb are arranged on the Z-axis is defined as a convex portion area 600 (see the dashed line frame in FIG. 7). As shown in FIG. 7, the density of the convex areas 600 increases toward the negative direction of the X-axis. Also, the interval between the convex areas 600 becomes smaller toward the negative direction of the X-axis.

図8は、本開示の第三実施形態の、図7におけるVIII-VIII線での断面図である。図8に示すように、実線部分が、凸部エリア600が設けられていない部分の断面に該当する。図8の破線で示した部分は、凸部エリア600の断面に該当する(図7の線8b参照)。図8に示すように、凸部エリア600の直線状流路F601の流路幅R601の寸法と、屈曲流路F603の流路幅R603の寸法と、波形状流路F602の流路幅R602の寸法は、第一凸部C601a、第二凸部C602aa、第三凸部C602bbが設けられていない流路幅の寸法よりも小さい。また、直線状流路F601と屈曲流路F603と波形状流路F602のY軸の方向の寸法は、凸部エリア600が設けられていない部分の寸法と同じである。 FIG. 8 is a cross-sectional view of the third embodiment of the present disclosure taken along line VIII-VIII in FIG. As shown in FIG. 8, the solid line portion corresponds to the cross section of the portion where the convex area 600 is not provided. 8 corresponds to the cross section of the convex area 600 (see line 8b in FIG. 7). As shown in FIG. 8, the dimension of the channel width R601 of the linear channel F601 in the convex area 600, the dimension of the channel width R603 of the curved channel F603, and the channel width R602 of the wavy channel F602. The dimension is smaller than the dimension of the channel width where the first convex portion C601a, the second convex portion C602aa, and the third convex portion C602bb are not provided. In addition, the dimensions in the Y-axis direction of the linear flow path F601, the curved flow path F603, and the wave-shaped flow path F602 are the same as the dimensions of the portion where the convex area 600 is not provided.

これにより、凸部エリア600を通る酸化ガスが酸化ガス拡散層320aに入り込みやすくなる。また、X軸の負方向に向かって生成水が増大する。このため、生成水が酸化ガス拡散層320aから排出されやすくなる。 This makes it easier for the oxidizing gas passing through the convex area 600 to enter the oxidizing gas diffusion layer 320a. Also, the generated water increases in the negative direction of the X-axis. Therefore, the generated water is easily discharged from the oxidizing gas diffusion layer 320a.

カソード側セパレータ10とアノード側セパレータ20のことを、燃料電池用セパレータともよぶ。酸化ガス拡散層320aと燃料ガス拡散層320bのことを、GDLともよぶ。平坦状の凸部と直線状の凸部のことを、直線状凸部ともよぶ。波形状の凸部のことを、波形状凸部ともよぶ。また、各図は技術内容を説明するための説明図であり、各部の寸法を正確に表すものではない。 The cathode side separator 10 and the anode side separator 20 are also called fuel cell separators. The oxidizing gas diffusion layer 320a and the fuel gas diffusion layer 320b are also called GDL. The flat convex portion and the linear convex portion are also referred to as linear convex portions. The wave-shaped convex portion is also called a wave-shaped convex portion. Moreover, each figure is an explanatory diagram for explaining the technical content, and does not represent the dimensions of each part accurately.

D:他の実施形態
D1)上記実施形態では、カソード側セパレータ10は、金属製部材により形成される。しかし、カソード側セパレータは、カーボン製部材により形成されてもよい。
D: Other Embodiments D1) In the above embodiment, the cathode-side separator 10 is made of a metal member. However, the cathode-side separator may be formed of a member made of carbon.

D2)上記実施形態では、電解質膜300は、スルホン酸基を含むフッ素樹脂系のイオン交換膜で形成される。しかし、電解質膜は、スルホン酸基に限らず、リン酸基やカルボン酸基など、他のイオン交換基(電解質成分)を含む膜を用いることができる。 D2) In the above embodiment, the electrolyte membrane 300 is formed of a fluororesin-based ion exchange membrane containing sulfonic acid groups. However, the electrolyte membrane is not limited to sulfonic acid groups, and membranes containing other ion exchange groups (electrolyte components) such as phosphoric acid groups and carboxylic acid groups can be used.

D3)上記実施形態では、冷却水として純水が用いられる。しかし、冷却水は純水に限らずエチレングリコールや、エチレングリコールと水の混合溶液等、他の冷却媒体を用いることもできる。 D3) In the above embodiment, pure water is used as cooling water. However, the cooling water is not limited to pure water, and other cooling media such as ethylene glycol or a mixed solution of ethylene glycol and water can also be used.

D4)第三実施形態では、直線状流路F601と屈曲流路F603と波形状流路F602のY軸の方向の寸法は、凸部エリア600が設けられていない部分の寸法と同じである。しかし、直線状流路F601と屈曲流路F603と波形状流路F602のY軸の方向の寸法が、凸部エリア600が設けられていない部分の寸法よりも小さくなっていてもよい。 D4) In the third embodiment, the dimensions in the Y-axis direction of the linear flow path F601, the curved flow path F603, and the wavy flow path F602 are the same as the dimensions of the portion where the convex area 600 is not provided. However, the dimensions in the Y-axis direction of the linear flow path F601, the curved flow path F603, and the wavy flow path F602 may be smaller than the dimensions of the portion where the convex area 600 is not provided.

本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments and modifications described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments and modifications corresponding to the technical features in each form described in the summary column of the invention are used to solve some or all of the above problems, or In order to achieve some or all of the effects, it is possible to appropriately replace or combine them. Moreover, if the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.

1…燃料電池セル、10、50、60…カソード側セパレータ、10a、10b、20a、20b…面、20、40…アノード側セパレータ、30…膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)、70…従来技術のセパレータ、100a…酸化ガス供給マニホールド、100b…酸化ガス排出マニホールド、200a…燃料ガス供給マニホールド、200b…燃料ガス排出マニホールド、CW1…冷却水供給マニホールド、CW2…冷却水排出マニホールド、103、104、203、204…エンボス部、103a、203a、…流入側エンボス、104a、204a…排出側エンボス、300…電解質膜、310a…カソード電極、310b…アノード電極、320a…酸化ガス拡散層、320b…燃料ガス拡散層、C101、C201、C501、C601、C701…直線状凸部、C102、C102a、C202、C202a、C602、C602a…波形状凸部、C103、C203…三角状凸部、C102aa、C202aa、C702aa…部分、C403、C503…第二波形状凸部、C601a…第一凸部、C601b…平坦部、C602aa…第二凸部、C602bb…第三凸部、600…凸部エリア、F10…酸化ガス流路部、F20…燃料ガス流路部、F101、F201、F401、F501、F601…直線状流路、F102、F202、F602…波形状流路、F103、F203、F403、F603…屈曲流路、FW…冷却水流路部、R101、R201、R401、R501、R601、R602、R603、R701…流路幅、RH101、RH601…幅、A、B…辺、SA、SB、SC…矢印、8b…線 Reference Signs List 1 Fuel cell 10, 50, 60 Cathode side separator 10a, 10b, 20a, 20b Surface 20, 40 Anode side separator 30 Membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) 70 Conventional Technical Separator 100a... Oxidant Gas Supply Manifold 100b... Oxidant Gas Discharge Manifold 200a... Fuel Gas Supply Manifold 200b... Fuel Gas Discharge Manifold CW1... Cooling Water Supply Manifold CW2... Cooling Water Discharge Manifold 103, 104, 203, 204... Embossed portions 103a, 203a... Inflow side embossments 104a, 204a... Discharge side embossments 300... Electrolyte membrane 310a... Cathode electrode 310b... Anode electrode 320a... Oxidizing gas diffusion layer 320b... Fuel gas Diffusion layer, C101, C201, C501, C601, C701... Linear protrusions, C102, C102a, C202, C202a, C602, C602a... Wavy protrusions, C103, C203... Triangular protrusions, C102aa, C202aa, C702aa... Part, C403, C503... Second wave-shaped convex part, C601a... First convex part, C601b... Flat part, C602aa... Second convex part, C602bb... Third convex part, 600... Convex area, F10... Oxidizing gas flow Path portion, F20... fuel gas flow path part, F101, F201, F401, F501, F601... straight flow path, F102, F202, F602... waveform flow path, F103, F203, F403, F603... curved flow path, FW ... cooling water flow path portion, R101, R201, R401, R501, R601, R602, R603, R701 ... flow path width, RH101, RH601 ... width, A, B ... side, SA, SB, SC ... arrow, 8b ... line

Claims (3)

燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータの一方の面に設けられた直線状の凸部と、
前記直線状の凸部に対して一方の側において、前記直線状の凸部と並列に伸びる複数の波形状の凸部と、を有し、
複数の前記波形状の凸部のうち、最も前記直線状の凸部と近い前記波形状の凸部と、前記直線状の凸部と、の間であって、前記波形状の凸部の各部のうち、前記直線状の凸部から最も離れている部分と、前記直線状の凸部との間に、複数の凸部が設けられ、
前記複数の凸部は、
前記波形状の凸部と前記直線状の凸部とから互いに独立しており、
それぞれ三角柱状の形状であることを特徴とし、
前記直線状の凸部と、前記複数の凸部のそれぞれとの間には、反応ガスを流通させる流路が形成されている、
燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator,
a linear protrusion provided on one surface of the fuel cell separator;
a plurality of wavy protrusions extending parallel to the linear protrusions on one side of the straight protrusions;
Each portion of the wave-shaped convex portion between the wave-shaped convex portion closest to the linear convex portion and the linear convex portion among the plurality of the wave-shaped convex portions Among them, a plurality of convex portions are provided between the portion farthest from the linear convex portion and the linear convex portion,
The plurality of protrusions are
Independent of each other from the wave-shaped convex portion and the linear convex portion,
Each is characterized by a triangular prism shape,
Between the linear protrusion and each of the plurality of protrusions, a flow path for circulating the reaction gas is formed.
Fuel cell separator.
請求項1に記載の燃料電池用セパレータであって、 The fuel cell separator according to claim 1,
前記直線状の凸部は、前記波形状の凸部のうち前記直線状の凸部と最も近い部分に向かって突出する一つ以上の部分を有する、 The linear convex portion has one or more portions that protrude toward the portion of the wave-shaped convex portion that is closest to the linear convex portion,
燃料電池用セパレータ。 Fuel cell separator.
燃料電池セルであって、 A fuel cell,
膜電極ガス拡散層接合体と、 a membrane electrode gas diffusion layer assembly;
前記膜電極ガス拡散層接合体を挟む、互いに向かい合う第1の辺および第2の辺と互いに向かい合う第3の辺と第4の辺とを有する一対の四角形の板状のセパレータと、 a pair of rectangular plate-like separators having first and second sides facing each other and third and fourth sides facing each other sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly;
前記第2の辺よりも前記第1の辺に近い位置に設けられた、酸化ガス供給マニホールドと、冷却水供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、 an oxidizing gas supply manifold, a cooling water supply manifold, and a fuel gas discharge manifold provided at a position closer to the first side than the second side;
前記第1の辺よりも前記第2の辺に近い位置に設けられた、燃料ガス供給マニホールドと、冷却水排出マニホールドと、酸化ガス排出マニホールドと、 a fuel gas supply manifold, a cooling water discharge manifold, and an oxidant gas discharge manifold provided at a position closer to the second side than the first side;
前記セパレータの一方の面であって、前記膜電極ガス拡散層接合体と向かい合う側の面に、 On one surface of the separator, the surface facing the membrane electrode gas diffusion layer assembly,
前記第1の辺から前記第2の辺に向かう向きに伸びる複数の波形凸部と、 a plurality of wavy convex portions extending in a direction from the first side toward the second side;
前記波形凸部と並列に伸びる直線状の凸部と、 a straight convex portion extending parallel to the wavy convex portion;
を有し、 has
前記波形凸部のうち、前記直線状の凸部に最も近い前記波形凸部と、前記直線状の凸部との間であって、前記波形凸部の各部のうち、前記直線状の凸部から最も離れている部分と、前記直線状の凸部との間に、複数の凸部が設けられており、 Among the wavy convex portions, between the wavy convex portion closest to the linear convex portion and the linear convex portion, the linear convex portion among the portions of the wavy convex portion A plurality of convex portions are provided between the portion farthest from and the linear convex portion,
前記複数の凸部は、 The plurality of protrusions are
前記波形凸部と前記直線状の凸部とから互いに独立しており、 independent of each other from the wavy convex portion and the linear convex portion;
それぞれ三角柱状の形状であることを特徴とし、 Each is characterized by a triangular prism shape,
前記膜電極ガス拡散層接合体の前記セパレータと向かい合う面において、前記複数の波形凸部または前記複数の凸部が接していない部分と、前記セパレータとの間には、流路が形成されている、 A flow path is formed between the separator and the plurality of wave-shaped protrusions or portions not in contact with the plurality of protrusions on the surface of the membrane electrode gas diffusion layer assembly facing the separator. ,
燃料電池セル。 fuel cell.
JP2019150903A 2019-08-21 2019-08-21 Fuel cell separator and fuel cell Active JP7323379B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019150903A JP7323379B2 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Fuel cell separator and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019150903A JP7323379B2 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Fuel cell separator and fuel cell

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2021034170A JP2021034170A (en) 2021-03-01
JP2021034170A5 JP2021034170A5 (en) 2022-06-24
JP7323379B2 true JP7323379B2 (en) 2023-08-08

Family

ID=74676101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019150903A Active JP7323379B2 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Fuel cell separator and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7323379B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022134778A (en) 2021-03-04 2022-09-15 株式会社東芝 Semiconductor device
KR20240082462A (en) 2022-12-01 2024-06-11 현대자동차주식회사 Separator for fuel cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022188A (en) 2012-07-18 2014-02-03 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2014026960A (en) 2012-06-18 2014-02-06 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2019114509A (en) 2017-12-26 2019-07-11 本田技研工業株式会社 Power generation cell
JP2019175713A (en) 2018-03-28 2019-10-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026960A (en) 2012-06-18 2014-02-06 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2014022188A (en) 2012-07-18 2014-02-03 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2019114509A (en) 2017-12-26 2019-07-11 本田技研工業株式会社 Power generation cell
JP2019175713A (en) 2018-03-28 2019-10-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021034170A (en) 2021-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6933067B2 (en) Fuel cell
US7691511B2 (en) Fuel cell having coolant flow field wall
JP4723437B2 (en) Bipolar plate, unit cell and fuel cell system provided with the same
US10756357B2 (en) Bipolar plate with coolant flow channel
WO2012114432A1 (en) Fuel cell
JP2007115525A (en) Separator for fuel cell and fuel cell
JP5098128B2 (en) Fuel cell
JP7323379B2 (en) Fuel cell separator and fuel cell
JP2008512830A (en) Bipolar plate with offset
JP5501237B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND FUEL CELL STACK HAVING THE SAME
US20050255371A1 (en) Fuel cell
JP5541291B2 (en) Fuel cell and vehicle equipped with fuel cell
US7329472B2 (en) Fuel cell system and stack used thereto
JP2008047395A (en) Fuel cell
US20050196651A1 (en) Fuel cell system and stack used therein
WO2021199500A1 (en) Fuel cell separator
JP7222166B2 (en) fuel cell stack
JP2004342442A (en) Fuel cell separator
JP5165353B2 (en) Fuel cell stack
JP2008146897A (en) Fuel cell separator, and fuel cell
JP2020107397A (en) Fuel battery cell
US8318371B2 (en) Separator for fuel cell and fuel cell stack using the same
US20220407087A1 (en) Separator for fuel battery
US12027730B2 (en) Fuel cell stack
JP5233184B2 (en) Fuel cell separator

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220616

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220616

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230328

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230524

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230727

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7323379

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150