JPH08339814A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JPH08339814A
JPH08339814A JP7145884A JP14588495A JPH08339814A JP H08339814 A JPH08339814 A JP H08339814A JP 7145884 A JP7145884 A JP 7145884A JP 14588495 A JP14588495 A JP 14588495A JP H08339814 A JPH08339814 A JP H08339814A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
fuel
cooling medium
temperature control
Prior art date
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Pending
Application number
JP7145884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Okamoto
隆文 岡本
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
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Priority to DE69635021T priority patent/DE69635021T2/en
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Priority to CA002222032A priority patent/CA2222032C/en
Priority to AT96914438T priority patent/ATE301335T1/en
Priority to EP96914438A priority patent/EP0833400B1/en
Priority to PCT/JP1996/001403 priority patent/WO1996037920A1/en
Priority to JP53556996A priority patent/JP4037448B2/en
Priority to AU57800/96A priority patent/AU5780096A/en
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    • 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

Abstract

PURPOSE: To provide a fuel cell which has a simple construction and can easily and accurately uniform the temperature of a power generation portion. CONSTITUTION: A fuel cell is provided with a fuel cell structure body 18 and a separator 20. The separator 20 is equipped with first gas pass 50b in which oxidizing agent gas flows to an air electrode 14, second gas pass 56b in which fuel gas flows to a hydrogen electrode 16 side, first and second cooling medium passes 50d, 56d which have same pass structures with those of the first and second gas passes 50b, 56b on front and back sides. In the first and second gas passes 50b, 56b, oxidizing agent gas and fuel gas flow from up in a gravity direction, while, in the first and second cooling medium passes 50d, 56d, the cooling medium flows in a reverse direction of the gravity direction. Thereby, heat exchange efficiency between the oxidizing agent gas and the fuel gas is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質膜を
挟んでアノード側電極とカソード側電極を対設した燃料
電池構造体と前記燃料電池構造体を挟持するセパレータ
とを備えた燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell provided with a fuel cell structure having an anode electrode and a cathode electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween, and a separator sandwiching the fuel cell structure. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子電解質膜を挟んでアノード側
電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造体をセパ
レータによって挟持して複数積層することにより構成さ
れた燃料電池が開発され、種々の用途に実用化されつつ
ある。
2. Description of the Related Art A fuel cell constructed by stacking a plurality of fuel cell structures in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween by a separator has been developed, and various fuel cells have been developed. It is being put to practical use.

【0003】この種の燃料電池では、燃料ガスと酸化剤
ガスの反応時に熱が発生するとともに、接触抵抗等に起
因する発熱があり、燃料電池構造体を冷却する必要があ
る。このため、例えば、特開平5−144451号公報
に開示されているように、反応ガス・冷却媒体通流構造
を有する燃料電池が採用されている。
In this type of fuel cell, heat is generated during the reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and heat is generated due to contact resistance and the like, and it is necessary to cool the fuel cell structure. Therefore, for example, as disclosed in JP-A-5-144451, a fuel cell having a reaction gas / cooling medium flow structure is adopted.

【0004】上記の燃料電池は、図7に示すように、燃
料電池構造体2の両側にそれぞれ燃料ガス通路4と酸化
剤ガス通路6とが設けられるとともに、この酸化剤ガス
通路6に近接して配設された冷却板8に冷却媒体通路9
が形成されている。燃料ガス通路4と酸化剤ガス通路6
は、冷却媒体通路9に略平行して形成されており、この
燃料ガス通路4およびこの酸化剤ガス通路6に矢印方向
に燃料ガスおよび酸化剤ガスが流れる一方、前記冷却媒
体通路9に前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスと同一方
向に冷却媒体が流れるように構成されている。
As shown in FIG. 7, the fuel cell described above is provided with a fuel gas passage 4 and an oxidant gas passage 6 on both sides of the fuel cell structure 2, and is adjacent to the oxidant gas passage 6. The cooling medium passage 9 in the cooling plate 8 arranged as
Are formed. Fuel gas passage 4 and oxidant gas passage 6
Are formed substantially parallel to the cooling medium passage 9. The fuel gas and the oxidant gas flow in the fuel gas passage 4 and the oxidant gas passage 6 in the arrow direction, while the fuel flows in the cooling medium passage 9. The cooling medium is configured to flow in the same direction as the gas and the oxidant gas.

【0005】また、上記の燃料電池では、燃料ガス通路
4および酸化剤ガス通路6に略平行な冷却媒体通路9に
代替し、前記燃料ガス通路4および前記酸化剤ガス通路
6に直交する方向に冷却媒体通路が形成された冷却板を
備える構造が開示されている。
Further, in the above fuel cell, the cooling medium passage 9 which is substantially parallel to the fuel gas passage 4 and the oxidant gas passage 6 is used in place of the cooling medium passage 9 in the direction orthogonal to the fuel gas passage 4 and the oxidant gas passage 6. A structure including a cooling plate having a cooling medium passage formed therein is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池構造体では、通常、発電反応によって生じた熱がガス
(燃料ガスおよび酸化剤ガス)と熱交換されるととも
に、接触抵抗等に起因する熱がガスと熱交換される。こ
のため、入口側(上流側)のガスと出口側(下流側)の
ガスの間に温度分布が発生し、該出口側のガスの温度が
上昇してしまう。従って、燃料ガスおよび酸化剤ガスと
同一方向に冷却媒体が流れる構造では、入口側のガス温
度と出口側のガス温度を均一にすることができないとい
う問題が指摘されている。
However, in the fuel cell structure, the heat generated by the power generation reaction is usually exchanged with the gas (fuel gas and oxidant gas), and at the same time, the heat caused by the contact resistance is generated. Heat exchange with gas. Therefore, a temperature distribution is generated between the gas on the inlet side (upstream side) and the gas on the outlet side (downstream side), and the temperature of the gas on the outlet side rises. Therefore, it has been pointed out that in the structure in which the cooling medium flows in the same direction as the fuel gas and the oxidant gas, the gas temperature on the inlet side and the gas temperature on the outlet side cannot be made uniform.

【0007】また、冷却媒体を燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの流れ方向に直交する方向に流す場合、ガスの温度分
布が複雑になり、ガス温度を全体として均一化させるこ
とは相当に困難なものになるという問題がある。
Further, when the cooling medium is caused to flow in the direction orthogonal to the flow directions of the fuel gas and the oxidant gas, the temperature distribution of the gas becomes complicated and it is considerably difficult to make the gas temperature uniform as a whole. There is a problem of becoming.

【0008】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成で、発電部の温度を容易かつ正確に均一
化させることが可能な燃料電池を提供することを目的と
する。
The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell having a simple structure and capable of easily and accurately equalizing the temperature of the power generation section.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、固体高分子電解質膜を挟んでカソード
側電極とアノード側電極を対設した燃料電池構造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、を備え、
前記セパレータは、前記カソード側電極と前記アノード
側電極にそれぞれ酸化剤ガスと燃料ガスを互いに平行か
つ重力方向に向かって流動させる第1および第2ガス流
路と、前記第1および/または第2ガス流路に隔壁を介
して設けられ、該第1および/または第2ガス流路と同
一の流路構造を有する温調媒体用流路と、を設けるとと
もに、前記第1および/または第2ガス流路のガスの流
れ方向と、前記温調媒体用流路の温調媒体の流れ方向と
が、互いに反対方向に設定されることを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell structure in which a cathode side electrode and an anode side electrode are provided opposite to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween.
A separator for sandwiching the fuel cell structure,
The separator includes first and second gas flow passages for flowing an oxidant gas and a fuel gas to the cathode-side electrode and the anode-side electrode, respectively, in parallel to each other and in the direction of gravity, and the first and / or second gas passages. A temperature control medium channel provided in the gas channel through a partition wall and having the same channel structure as the first and / or second gas channel, and the first and / or second channel The flow direction of the gas in the gas flow channel and the flow direction of the temperature control medium in the flow channel for temperature control medium are set to be opposite to each other.

【0010】[0010]

【作用】上記の燃料電池では、酸化剤ガスを流動させる
第1ガス流路および/または燃料ガスを流動させる第2
ガス流路に、隔壁を介してこれらと同一の流路構造を有
する温調媒体用流路が設けられるとともに、酸化剤ガス
および/または燃料ガスの流れ方向と温調媒体の流れ方
向とが、互いに反対方向に設定されている。このため、
例えば、第1ガス流路を流れる酸化剤ガスと温調媒体用
流路を流れる冷却媒体とは、表裏同一の流路を反対方向
に流れることになり、この酸化剤ガスとこの冷却媒体の
間の熱交換効率が向上し、発電部の温度を均一化するこ
とができる。同様に、例えば、第2ガス流路を流れる燃
料ガスと温調媒体用流路を流れる冷却媒体とによって、
発電部の温度の均一化が可能になる。
In the above fuel cell, the first gas passage for flowing the oxidant gas and / or the second gas passage for flowing the fuel gas are provided.
The gas flow path is provided with a flow path for a temperature control medium having the same flow path structure as these through a partition wall, and the flow direction of the oxidant gas and / or the fuel gas and the flow direction of the temperature control medium are They are set in opposite directions. For this reason,
For example, the oxidant gas flowing through the first gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path will flow through the same flow path in the front and back in opposite directions, and the oxidant gas and the cooling medium The heat exchange efficiency is improved, and the temperature of the power generation part can be made uniform. Similarly, for example, by the fuel gas flowing through the second gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path,
The temperature of the power generation part can be made uniform.

【0011】[0011]

【実施例】本発明に係る燃料電池について実施例を挙
げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
The fuel cell according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0012】図1乃至図3において、参照数字10は、
本実施例に係る燃料電池を示す。この燃料電池10は、
固体高分子電解質膜12を挟んで空気極(カソード側電
極)14と水素極(アノード側電極)16を対設した燃
料電池構造体18と、この燃料電池構造体18を挟持す
るセパレータ20とを備える。燃料電池構造体18とセ
パレータ20は、一対のエンドプレート22a、22b
およびタイロッド24により一体的に固定される。
1 to 3, reference numeral 10 indicates
1 shows a fuel cell according to this example. This fuel cell 10
A fuel cell structure 18 in which an air electrode (cathode-side electrode) 14 and a hydrogen electrode (anode-side electrode) 16 are opposed to each other with the solid polymer electrolyte membrane 12 sandwiched between them, and a separator 20 sandwiching the fuel cell structure 18 are provided. Prepare The fuel cell structure 18 and the separator 20 include a pair of end plates 22a and 22b.
And it is fixed integrally by the tie rod 24.

【0013】燃料電池構造体18を構成する固体高分子
電解質膜12の上部側には、冷却媒体(温調媒体)排出
用孔部12aと酸化剤ガス導入用孔部12bと燃料ガス
導入用孔部12cとが設けられる一方、その下部側に
は、燃料ガス排出用孔部12dと酸化剤ガス排出用孔部
12eと冷却媒体導入用孔部12fとが設けられる。
On the upper side of the solid polymer electrolyte membrane 12 constituting the fuel cell structure 18, a cooling medium (temperature control medium) discharge hole 12a, an oxidant gas introduction hole 12b and a fuel gas introduction hole are formed. While the portion 12c is provided, a fuel gas discharge hole 12d, an oxidant gas discharge hole 12e, and a cooling medium introduction hole 12f are provided on the lower side thereof.

【0014】電解質膜12の両側には、第1および第2
ガスケット30、32が設けられる。第1ガスケット3
0は、空気極14を収容するための大きな開口部34を
有し、第2ガスケット32は、水素極16を収容するた
めの大きな開口部36を有する。第1および第2ガスケ
ット30、32の上部側には、冷却媒体排出用孔部30
a、32aと酸化剤ガス導入用孔部30b、32bと燃
料ガス導入用孔部30c、32cとが設けられる一方、
これらの下部側には、燃料ガス排出用孔部30d、32
dと酸化剤ガス排出用孔部30e、32eと冷却媒体導
入用孔部30f、32fとが設けられる。
On both sides of the electrolyte membrane 12, the first and second layers are formed.
Gaskets 30, 32 are provided. First gasket 3
0 has a large opening 34 for accommodating the air electrode 14, and the second gasket 32 has a large opening 36 for accommodating the hydrogen electrode 16. On the upper side of the first and second gaskets 30, 32, the cooling medium discharge hole 30 is provided.
a, 32a, oxidant gas introduction holes 30b, 32b and fuel gas introduction holes 30c, 32c are provided,
On the lower side of these, the fuel gas discharge holes 30d, 32
d, oxidant gas discharge holes 30e and 32e, and cooling medium introduction holes 30f and 32f are provided.

【0015】セパレータ20は、空気極14側に当接す
る第1セパレータ部40と、水素極16側に当接する第
2セパレータ部42と、この第1および第2セパレータ
部40、42に挟持される仕切板44とを備える。
The separator 20 is sandwiched between the first separator portion 40 that contacts the air electrode 14 side, the second separator portion 42 that contacts the hydrogen electrode 16 side, and the first and second separator portions 40, 42. And a partition plate 44.

【0016】第1セパレータ部40は、第1マニホール
ド板46とこの第1マニホールド板46に形成された比
較的大きな開口部48に嵌合する酸化剤ガス用整流板
(セパレータ構成要素)50とを有する。
The first separator section 40 includes a first manifold plate 46 and an oxidant gas rectifying plate (separator component) 50 that fits into a relatively large opening 48 formed in the first manifold plate 46. Have.

【0017】第1マニホールド板46は、緻密質カーボ
ンで形成された矩形状平板であり、その上部側には、冷
却媒体排出用孔部46aと酸化剤ガス導入用孔部46b
と燃料ガス導入用孔部46cとが設けられる。第1マニ
ホールド板46の下部側には、燃料ガス排出用孔部46
dと酸化剤ガス排出用孔部46eと冷却媒体導入用孔部
46fとが設けられる。
The first manifold plate 46 is a rectangular flat plate made of dense carbon, and has a cooling medium discharge hole 46a and an oxidant gas introduction hole 46b on the upper side thereof.
And a fuel gas introducing hole 46c are provided. On the lower side of the first manifold plate 46, the fuel gas discharge hole 46
d, an oxidant gas discharge hole 46e, and a cooling medium introduction hole 46f are provided.

【0018】孔部46b、46eは、第1マニホールド
板46の一方(空気極14側)の面部に形成された切欠
47a、47bを介して開口部48に連通する一方、孔
部46a、46fは、この第1マニホールド板46の他
方の面部に形成された切欠47c、47dを介して前記
開口部48に連通する(図2および図4参照)。
The holes 46b and 46e communicate with the opening 48 through the notches 47a and 47b formed in one surface (on the side of the air electrode 14) of the first manifold plate 46, while the holes 46a and 46f are connected to each other. , Communicates with the opening 48 via notches 47c, 47d formed in the other surface of the first manifold plate 46 (see FIGS. 2 and 4).

【0019】酸化剤ガス用整流板50は、炭素、ステン
レス鋼、またはインコネル(商標名)等のニッケル系合
金等の耐蝕性を有する導電性金属、導電性ゴムまたは導
電性樹脂およびそれらを組み合わせた材料で構成され
る。酸化剤ガス用整流板50の一面部には、水平方向に
延在して互いに平行しかつ千鳥状に配置された複数の突
起部50aが設けられ、これらの突起部50aによって
鉛直方向に向かって蛇行する第1ガス流路50bが形成
される(図4参照)。この酸化剤ガス用整流板50の他
方の面部には、同様に、複数の突起部50cが水平方向
に対して互いに平行しかつ千鳥状に設けられることによ
り、第1ガス流路50bと同一の流路構造を有する第1
冷却媒体用流路(温調媒体用流路)50dが形成され
る。
The oxidant gas straightening plate 50 is made of carbon, stainless steel, or a corrosion resistant conductive metal such as nickel-based alloy such as Inconel (trademark), conductive rubber or conductive resin, and combinations thereof. Composed of materials. On one surface of the rectifying plate 50 for oxidant gas, a plurality of protrusions 50a that extend in the horizontal direction and are arranged in parallel and in a zigzag pattern are provided, and these protrusions 50a direct vertically. A meandering first gas flow path 50b is formed (see FIG. 4). Similarly, on the other surface of the rectifying plate 50 for oxidant gas, a plurality of protrusions 50c are provided in parallel with each other in the horizontal direction and in a staggered pattern, so that the same as the first gas flow path 50b. First having a flow channel structure
A cooling medium flow channel (temperature control medium flow channel) 50d is formed.

【0020】第2セパレータ部42は、第2マニホール
ド板52とこの第2マニホールド板52の中央に形成さ
れた比較的大きな開口部54に嵌合する燃料ガス用整流
板56とを有する。第2マニホールド板52は、第1マ
ニホールド板46と同様に構成されており、その上部側
には、冷却媒体排出用孔部52aと酸化剤ガス導入用孔
部52bと燃料ガス導入用孔部52cとが設けられる一
方、その下部側には、燃料ガス排出用孔部52dと酸化
剤ガス排出用孔部52eと冷却媒体導入用孔部52fと
が設けられる。
The second separator portion 42 has a second manifold plate 52 and a fuel gas rectifying plate 56 fitted in a relatively large opening 54 formed in the center of the second manifold plate 52. The second manifold plate 52 is configured similarly to the first manifold plate 46, and has a cooling medium discharge hole 52a, an oxidant gas introduction hole 52b, and a fuel gas introduction hole 52c on the upper side thereof. On the other hand, a fuel gas discharge hole 52d, an oxidant gas discharge hole 52e, and a cooling medium introduction hole 52f are provided on the lower side thereof.

【0021】孔部52a、52fは、第2マニホールド
板52の一方(第1セパレータ部40側)の面部に形成
された切欠58a、58bを介して開口部54に連通
し、孔部52c、52dは、この第2マニホールド板5
2の他方の面部に形成された切欠58c、58dを介し
て前記開口部54に連通する(図2および図5参照)。
The holes 52a and 52f communicate with the opening 54 through notches 58a and 58b formed in one surface (on the side of the first separator 40) of the second manifold plate 52, and the holes 52c and 52d. Is the second manifold plate 5
It communicates with the said opening part 54 via the notches 58c and 58d formed in the other 2 surface part (refer FIG. 2 and FIG. 5).

【0022】燃料ガス用整流板56は、水透過性カーボ
ン材で形成されている。この燃料ガス用整流板56の一
方の面部には、水平方向に延在して互いに平行しかつ千
鳥状に配置された複数の突起部56aにより第2ガス流
路56bが形成される。この燃料ガス用整流板56の他
方の面部には、同様に、水平方向に延在して互いに平行
しかつ千鳥状に配置された複数の突起部56cを介して
第2冷却媒体用流路(温調媒体用流路)56dが形成さ
れる。第2ガス流路56bと第2冷却媒体用流路56d
は、互いに同一の流路構造を有するとともに、互いに反
対方向の流れ方向に設定されている(図5参照)。
The fuel gas straightening plate 56 is made of a water-permeable carbon material. A second gas flow path 56b is formed on one surface of the fuel gas rectifying plate 56 by a plurality of protrusions 56a that extend in the horizontal direction, are parallel to each other, and are arranged in a staggered pattern. Similarly, on the other surface portion of the fuel gas rectifying plate 56, the second cooling medium flow path (via the plurality of protruding portions 56c that extend in the horizontal direction and are parallel to each other and arranged in a staggered manner) A temperature control medium flow path) 56d is formed. Second gas channel 56b and second cooling medium channel 56d
Have the same flow channel structure as each other and are set to flow directions opposite to each other (see FIG. 5).

【0023】図6に示すように、第1ガス流路50bの
開口断面積および第1冷却媒体用流路50dの開口断面
積は、第2ガス流路56bの開口断面積および第2冷却
媒体用流路56dの開口断面積よりも大きく設定されて
いる。
As shown in FIG. 6, the opening cross-sectional area of the first gas flow channel 50b and the opening cross-sectional area of the first cooling medium flow channel 50d are the same as those of the second gas flow channel 56b and the second cooling medium. It is set to be larger than the opening cross-sectional area of the flow channel 56d.

【0024】仕切板44は、緻密質カーボン材で形成さ
れた板状を有しており、その上部側には、冷却媒体排出
用孔部44aと酸化剤ガス導入用孔部44bと燃料ガス
導入用孔部44cとが設けられる。この仕切板44の下
部側には、燃料ガス排出用孔部44dと酸化剤ガス排出
用孔部44eと冷却媒体導入用孔部44fとが設けられ
る。
The partition plate 44 has a plate shape formed of a dense carbon material, and has a cooling medium discharge hole 44a, an oxidant gas introduction hole 44b, and a fuel gas introduction on the upper side thereof. A hole 44c for use is provided. A fuel gas discharge hole 44d, an oxidant gas discharge hole 44e, and a cooling medium introduction hole 44f are provided on the lower side of the partition plate 44.

【0025】このように構成される燃料電池10の動作
について、以下に説明する。
The operation of the fuel cell 10 thus constructed will be described below.

【0026】燃料ガス(水素ガス)が燃料電池10に供
給されると、この燃料ガスは、第1セパレータ部40を
構成する第1マニホールド板46の孔部46c、仕切板
44の孔部44cおよび第2セパレータ部42を構成す
る第2マニホールド板52の孔部52cに供給されると
ともに、この孔部52cの切欠58cから燃料ガス用整
流板56の第2ガス流路56bに導入される(図5参
照)。このため、燃料ガスは、第2ガス流路56bに沿
って蛇行するように重力方向に流れ、切欠58dから孔
部52dに排出される。
When the fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel cell 10, the fuel gas is supplied to the holes 46c of the first manifold plate 46, the holes 44c of the partition plate 44, and It is supplied to the hole portion 52c of the second manifold plate 52 that constitutes the second separator portion 42, and is introduced into the second gas flow passage 56b of the fuel gas rectifying plate 56 from the notch 58c of the hole portion 52c (Fig. 5). Therefore, the fuel gas flows in the direction of gravity so as to meander along the second gas flow path 56b, and is discharged from the notch 58d to the hole 52d.

【0027】酸化剤ガスが燃料電池10に供給される
と、この酸化剤ガスは、第1マニホールド板46の孔部
46b、仕切板44の孔部44bおよび第2マニホール
ド板52の孔部52bに供給されるとともに、この孔部
46bに連通する切欠47aを介して酸化剤ガス用整流
板50の第1ガス流路50bに導入される。従って、酸
化剤ガスは、図4に示すように、第1ガス流路50bに
沿って蛇行するように重力方向に流れ、孔部46eから
排出される。これにより、燃料電池構造体18を構成す
る水素極16に燃料ガスが供給されるとともに、空気極
14に酸化剤ガスが供給される。
When the oxidant gas is supplied to the fuel cell 10, the oxidant gas is supplied to the holes 46b of the first manifold plate 46, the holes 44b of the partition plate 44 and the holes 52b of the second manifold plate 52. While being supplied, it is introduced into the first gas flow path 50b of the rectifying plate 50 for oxidant gas via the notch 47a communicating with the hole 46b. Therefore, as shown in FIG. 4, the oxidant gas flows in the direction of gravity so as to meander along the first gas passage 50b and is discharged from the hole 46e. As a result, the fuel gas is supplied to the hydrogen electrode 16 constituting the fuel cell structure 18 and the oxidant gas is supplied to the air electrode 14.

【0028】一方、燃料電池10に供給される冷却媒体
は、水、メタノール、または水とメタノールの混合溶液
であり、この冷却媒体が第1マニホールド板46の孔部
46fに供給されると、その一部が切欠47dから酸化
剤ガス用整流板50の第1冷却媒体用流路50dに導入
される。このため、冷却媒体は、図4に示すように、酸
化剤ガス用整流板50の第1冷却媒体用流路50dに沿
って蛇行するように重力方向とは逆方向に流れ、第1マ
ニホールド板46の孔部46aに排出される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the fuel cell 10 is water, methanol, or a mixed solution of water and methanol, and when this cooling medium is supplied to the hole 46f of the first manifold plate 46, A part is introduced from the notch 47d into the first cooling medium flow path 50d of the oxidant gas flow regulating plate 50. Therefore, as shown in FIG. 4, the cooling medium flows in the direction opposite to the gravity direction so as to meander along the first cooling medium flow path 50d of the oxidant gas flow regulating plate 50, and thus the first manifold plate. It is discharged to the hole 46a of 46.

【0029】また、第2マニホールド板52の孔部52
fに導入された冷却媒体の一部は、切欠58bから燃料
ガス用整流板56の第2冷却媒体用流路56dに導入さ
れる。従って、図5に示すように、冷却媒体は、燃料ガ
ス用整流板56の第2冷却媒体用流路56dに沿って蛇
行するように重力方向とは逆方向に流れ、第2マニホー
ルド板52の孔部52aに排出される。
Further, the hole portion 52 of the second manifold plate 52
A part of the cooling medium introduced into f is introduced into the second cooling medium passage 56d of the fuel gas rectifying plate 56 from the notch 58b. Therefore, as shown in FIG. 5, the cooling medium flows in the direction opposite to the gravity direction so as to meander along the second cooling medium flow path 56 d of the fuel gas flow-straightening plate 56, and the cooling medium of the second manifold plate 52 It is discharged to the hole 52a.

【0030】この場合、本実施例では、図4に示すよう
に、酸化剤ガス用整流板50の一方の面部に酸化剤ガス
を重力方向に向かって蛇行するように流動させる第1ガ
ス流路50bが設けられるとともに、この酸化剤ガス用
整流板50の他方の面部には、前記第1ガス流路50b
と表裏同一の流路構造でかつ冷却媒体を重力方向とは逆
方向に流動させる第1冷却媒体用流路50dが設けられ
ている。
In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the first gas flow passage for causing the oxidizing gas to meander in the direction of gravity on one surface of the rectifying plate 50 for oxidizing gas. 50b is provided, and the first gas flow path 50b is provided on the other surface of the rectifying plate 50 for oxidant gas.
The first cooling medium flow passage 50d is provided which has the same flow passage structure as the front and back sides and allows the cooling medium to flow in the direction opposite to the gravity direction.

【0031】すなわち、酸化剤ガスは、第1ガス流路5
0bの入口側(孔部46b側)に比べ出口側(孔部46
e側)が最も高温となっている。このため、酸化剤ガス
の温度が高温になる孔部46e側に対応する孔部46f
側から冷却媒体が導入されることにより、前記冷却媒体
と前記酸化剤ガスの間の熱交換効率が一挙に向上し、該
酸化剤ガスは、第1ガス流路50bの入口側から出口側
にわたり全体的に温度差のない状態に確実に温度調整さ
れ、発電部の温度均一化が容易に遂行されるという効果
が得られる。
That is, the oxidizing gas is used as the first gas flow path 5.
0b compared to the inlet side (hole portion 46b side), the outlet side (hole portion 46b)
The e side) has the highest temperature. Therefore, the hole 46f corresponding to the hole 46e side where the temperature of the oxidizing gas becomes high
By introducing the cooling medium from the side, the heat exchange efficiency between the cooling medium and the oxidizing gas is improved at once, and the oxidizing gas flows from the inlet side to the outlet side of the first gas flow path 50b. There is an effect that the temperature is surely adjusted to a state where there is no temperature difference as a whole, and the temperature of the power generation unit is easily equalized.

【0032】一方、燃料ガス用整流板56においても同
様に、図5に示すように、第2ガス流路56bに沿って
重力方向に流れる燃料ガスと、第2冷却媒体用流路56
dに沿って重力方向と反対方向に流れる冷却媒体とは、
表裏同一の流路を互いに反対方向に流れている。従っ
て、燃料ガスが入口側から出口側に至る間の温度差を少
なくし、発電部の温度均一化が図られるという利点が得
られる。
On the other hand, in the fuel gas straightening plate 56, similarly, as shown in FIG. 5, the fuel gas flowing in the direction of gravity along the second gas passage 56b and the second cooling medium passage 56.
The cooling medium flowing in the direction opposite to the gravity direction along d is
The same flow path on the front and back sides flows in opposite directions. Therefore, there is an advantage that the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the fuel gas is reduced and the temperature of the power generation part is made uniform.

【0033】さらに、本実施例では、第1ガス流路50
bおよび第1冷却媒体用流路50dの開口面積が、第2
ガス流路56bおよび第2冷却媒体用流路56dの開口
断面積よりも大きく設定されている。すなわち、燃料ガ
スと酸化剤ガスは、例えば、メタノールの改質ガスと空
気、水素ガスと空気、または水素ガスと酸素ガスの組み
合わせからなるため、それぞれの粘性が異なる。このた
め、燃料ガスと酸化剤ガスとを同一のガス流路断面積に
対し同一流量ずつ流すと、酸化剤ガス側で燃料ガス側よ
り高いヘッド圧が発生してしまう。これにより、極間差
圧が生じて固体高分子電解質膜12が破損したり、酸化
剤ガス供給源の負荷が大きくなってしまうという問題が
生じる。
Further, in this embodiment, the first gas flow path 50
b and the opening area of the first cooling medium flow path 50d is the second
It is set to be larger than the opening cross-sectional areas of the gas passage 56b and the second cooling medium passage 56d. That is, since the fuel gas and the oxidant gas are composed of, for example, a reformed gas of methanol and air, a hydrogen gas and air, or a combination of hydrogen gas and oxygen gas, their viscosities are different. Therefore, when the fuel gas and the oxidant gas are caused to flow at the same flow rate with respect to the same gas channel cross-sectional area, a higher head pressure is generated on the oxidant gas side than on the fuel gas side. As a result, there arises a problem that the inter-electrode differential pressure is generated and the solid polymer electrolyte membrane 12 is damaged or the load of the oxidant gas supply source is increased.

【0034】また、燃料ガスおよび酸化剤ガスとして改
質ガスおよび空気を使用する場合、燃料利用率と空気利
用率に起因して燃料ガスと空気の流量減少に差異が発生
し、空気の流量減少が前記燃料ガスの流量減少に比べて
小さいものとなる。
Further, when the reformed gas and air are used as the fuel gas and the oxidant gas, a difference occurs in the flow rate reduction of the fuel gas and the air due to the fuel utilization rate and the air utilization rate. Is smaller than the decrease in the flow rate of the fuel gas.

【0035】この結果、酸化剤ガス側の第1ガス流路5
0bの開口断面積を燃料ガス側の第2ガス流路56b側
の開口断面積よりも大きくする必要がある。
As a result, the first gas passage 5 on the oxidant gas side
It is necessary to make the opening cross-sectional area of 0b larger than the opening cross-sectional area of the second gas passage 56b side of the fuel gas side.

【0036】さらにまた、空気極14側では、反応生成
水が酸化剤ガス用整流板50の壁面に凝集結露する場合
がある。このため、第1ガス流路50bの開口断面積が
第2ガス流路56bの開口断面積よりも大きく設定され
ることにより、結露した凝縮水によるガス流路閉塞、お
よびそれに起因する脈動流(スラグ流等)を防ぎ、酸化
剤ガスが流れ易くなってガス排気効率が保たれる。
Furthermore, on the side of the air electrode 14, the reaction product water may be condensed and condensed on the wall surface of the oxidant gas straightening plate 50. Therefore, the opening cross-sectional area of the first gas flow passage 50b is set to be larger than the opening cross-sectional area of the second gas flow passage 56b, so that the gas flow passage is blocked by dew condensation water, and the pulsating flow ( (For example, slag flow), the oxidant gas flows easily, and the gas exhaust efficiency is maintained.

【0037】なお、本実施例では、温調媒体として冷却
媒体を使用し、酸化剤ガスおよび燃料ガスを均一に冷却
する場合について説明したが、これとは逆に、加熱媒体
を用いて前記酸化剤ガスおよび前記燃料ガスを全体とし
て均一な温度に加熱することも可能である。
In the present embodiment, the case where the cooling medium is used as the temperature control medium to uniformly cool the oxidant gas and the fuel gas has been described. On the contrary, the heating medium is used to perform the oxidation. It is also possible to heat the agent gas and the fuel gas to a uniform temperature as a whole.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池では、以下の効果
乃至利点が得られる。
The fuel cell according to the present invention has the following effects and advantages.

【0039】酸化剤ガスを流動させる第1ガス流路およ
び/または燃料ガスを流動させる第2ガス流路と同一の
流路構造を有する温調媒体用流路が設けられるととも
に、ガスの流れ方向と温調媒体の流れ方向とが互いに反
対方向に設定されている。このため、例えば、第1ガス
流路を流れる酸化剤ガスと温調媒体用流路を流れる冷却
媒体とは、表裏同一の流路を反対方向に流れることにな
り、この酸化剤ガスとこの冷却媒体の間の熱交換効率が
向上し、発電部の温度を均一化することができる。同様
に、例えば、第2ガス流路を流れる燃料ガスと温調媒体
用流路を流れる冷却媒体とによって、発電部の温度均一
化が可能になる。
A temperature control medium flow channel having the same flow channel structure as the first gas flow channel for flowing the oxidant gas and / or the second gas flow channel for flowing the fuel gas is provided, and the flow direction of the gas is also provided. And the flow direction of the temperature control medium are set to be opposite to each other. Therefore, for example, the oxidant gas flowing through the first gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path flow through the same flow path in the front and back in opposite directions. The heat exchange efficiency between the media is improved, and the temperature of the power generation unit can be made uniform. Similarly, for example, the fuel gas flowing through the second gas flow path and the cooling medium flowing through the temperature control medium flow path can make the temperature of the power generation unit uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る燃料電池の概略斜視説明図であ
る。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell according to the present invention.

【図2】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the fuel cell.

【図3】前記燃料電池の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the fuel cell.

【図4】前記燃料電池を構成する酸化剤ガス用整流板の
ガス流路および冷却媒体用流路の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a gas flow path and a cooling medium flow path of a rectifying plate for an oxidant gas that constitutes the fuel cell.

【図5】前記燃料電池を構成する燃料ガス用整流板のガ
ス流路および冷却媒体用流路の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a gas flow path and a cooling medium flow path of a fuel gas rectifying plate that constitutes the fuel cell.

【図6】前記燃料電池を構成するセパレータの縦断説明
図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional explanatory view of a separator that constitutes the fuel cell.

【図7】従来技術に係る燃料電池の概略構成説明図であ
る。
FIG. 7 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料電池 12…固体高分子
電解質膜 14…空気極 16…水素極 18…燃料電池構造体 20…セパレータ 40、42…セパレータ部 44…仕切板 46、52…マニホールド板 50、56…整流
板 50b、56b…ガス流路 50d、56d…
流路
10 ... Fuel cell 12 ... Solid polymer electrolyte membrane 14 ... Air electrode 16 ... Hydrogen electrode 18 ... Fuel cell structure 20 ... Separator 40, 42 ... Separator part 44 ... Partition plate 46, 52 ... Manifold plate 50, 56 ... Rectifier plate 50b, 56b ... Gas flow paths 50d, 56d ...
Channel

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体高分子電解質膜を挟んでカソード側電
極とアノード側電極を対設した燃料電池構造体と、 前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、 を備え、 前記セパレータは、前記カソード側電極と前記アノード
側電極にそれぞれ酸化剤ガスと燃料ガスを互いに平行か
つ重力方向に向かって流動させる第1および第2ガス流
路と、 前記第1および/または第2ガス流路に隔壁を介して設
けられ、該第1および/または第2ガス流路と同一の流
路構造を有する温調媒体用流路と、 を設けるとともに、 前記第1および/または第2ガス流路のガスの流れ方向
と、前記温調媒体用流路の温調媒体の流れ方向とが、互
いに反対方向に設定されることを特徴とする燃料電池。
1. A fuel cell structure in which a cathode-side electrode and an anode-side electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween, and a separator sandwiching the fuel cell structure, wherein the separator is the cathode. First and second gas flow paths for flowing an oxidant gas and a fuel gas in parallel to each other in the gravity direction in the side electrode and the anode side electrode, respectively, and partition walls in the first and / or second gas flow paths. And a temperature control medium channel having the same channel structure as that of the first and / or second gas channels, and the gas of the first and / or second gas channels is provided. A fuel cell, wherein a flow direction and a flow direction of the temperature control medium in the temperature control medium flow path are set to be opposite to each other.
【請求項2】請求項1記載の燃料電池において、前記酸
化剤ガスを流動させる前記第1ガス流路の開口断面積お
よび該第1ガス流路に隔壁を介して設けられた前記温調
媒体用流路の開口断面積は、前記燃料ガスを流動させる
前記第2ガス流路の開口断面積および該第2ガス流路に
隔壁を介して設けられた前記温調媒体用流路の開口断面
積よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the opening cross-sectional area of the first gas passage through which the oxidant gas flows and the temperature control medium provided in the first gas passage through a partition wall. The opening cross-sectional area of the temperature control medium is the opening cross-sectional area of the second gas flow path through which the fuel gas flows, and the opening cut-off of the temperature control medium flow path provided in the second gas flow path through a partition wall. A fuel cell characterized by being set larger than the area.
【請求項3】請求項1または2記載の燃料電池におい
て、前記温調媒体は、水、メタノール、または水とメタ
ノールの混合溶液であることを特徴とする燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the temperature control medium is water, methanol, or a mixed solution of water and methanol.
【請求項4】請求項1または2記載の燃料電池におい
て、前記第1および第2ガス流路は、酸化剤ガスと燃料
ガスを互いに平行かつ重力方向に向かって蛇行して流動
させる流路構造とすることを特徴とする燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the first and second gas flow passages are flow passage structures that allow the oxidizing gas and the fuel gas to flow in a meandering direction parallel to each other and in the direction of gravity. A fuel cell characterized by the following.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270197A (en) * 2001-03-08 2002-09-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd High molecular electrolyte type fuel cull
US6869719B2 (en) 1998-06-02 2005-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell stack
KR100599777B1 (en) * 2004-05-25 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system and the same of stack
JP2007066829A (en) * 2005-09-02 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2010506360A (en) * 2006-10-06 2010-02-25 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド Fuel cell and flow field plate for fuel cell
JP2010073564A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell and separator for fuel cell

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6869719B2 (en) 1998-06-02 2005-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell stack
JP2002270197A (en) * 2001-03-08 2002-09-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd High molecular electrolyte type fuel cull
KR100599777B1 (en) * 2004-05-25 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system and the same of stack
JP2007066829A (en) * 2005-09-02 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2010506360A (en) * 2006-10-06 2010-02-25 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド Fuel cell and flow field plate for fuel cell
JP2010073564A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell and separator for fuel cell

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