JPH0845520A - Solid high polymer type fuel cell - Google Patents

Solid high polymer type fuel cell

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JPH0845520A
JPH0845520A JP6181576A JP18157694A JPH0845520A JP H0845520 A JPH0845520 A JP H0845520A JP 6181576 A JP6181576 A JP 6181576A JP 18157694 A JP18157694 A JP 18157694A JP H0845520 A JPH0845520 A JP H0845520A
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gas
passage
polymer electrolyte
fuel cell
electrolyte membrane
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Futoshi Fujikawa
太 藤川
Yasuaki Hasegawa
泰明 長谷川
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To obtain a solid high polymer type fuel cell which can improve the exhausting efficiency of a produced water, and can reduce the pressure loss of a gas. CONSTITUTION:Corresponding to the main passage of the hydrogen gas, a gas feeding port 16 is provided on a high polymer electrolyte membame. In the peripheral area, a gas exhaust port 17 to correspond to a gas passage to be the main passage for exhaust is provided. A single gas passage 22 to connect the gas feeding port 16 and the gas exhaust port 17 is provided along the surface of an anode 4. The gas passage 22 passes from the gas feeding port 16, through the peripheral edge of an active area, bending corresponding to the apexes of the rectangular active area, and is extended gradually to the inner side in a spiral form. When the gas passage 22 reaches to the center of the active area 4, it is bent corresponding to the rectangular form, and extended in the direction to release the spiral form, toward the periphery this time, and reaches to the gas exhaust port 17. By such a layout of the gas passage 22, the bending amount at the bending part is about 90', and the conversion of the gas flow direction can be relaxed extensively.

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、固体高分子型燃料電池
に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、一般的に、水
素イオン導電性の固体高分子を白金触媒を担持したカー
ボン電極で挟み込んで構成される発電素子すなわち固体
高分子−電極接合体及び各電極面にそれぞれの反応ガス
を供給するためのガス通路を画成するともに、発電素子
を両側から支持するガス分離部材とを積層した構造を有
する。そして、一方の電極に燃料ガスを供給し、他方の
電極に酸化剤ガスを供給して、燃料ガスの酸化にかかる
化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化することに
よってエネルギーを抽出するようになっている。燃料電
池において、電解反応が生じるときには電流の発生とと
もに、カソード側に水が生成する。そして、固体高分子
型燃料電池においては、他の燃料電池と比較して動作温
度が低いため発生した水が凝縮し、ガス通路の壁面が濡
れるとともに、この壁面に次々と生成水が付着して水滴
となりこれが生長してガスの流れを阻害するようにな
る。これによって、セル内において部分的に燃料ガスと
酸化剤ガスとの電解反応が生じにくくなり燃料電池の出
力が低下するという現象が生じる。
2. Description of the Related Art In general, a polymer electrolyte fuel cell is a power generating element composed of a hydrogen ion conductive solid polymer sandwiched between carbon electrodes carrying a platinum catalyst, that is, a solid polymer-electrode assembly and It has a structure in which gas passages for supplying respective reaction gases to the respective electrode surfaces are defined and a gas separation member supporting the power generation element from both sides is laminated. Then, the fuel gas is supplied to one electrode, the oxidant gas is supplied to the other electrode, and the energy is extracted by directly converting the chemical energy involved in the oxidation of the fuel gas into electric energy. . In a fuel cell, when an electrolytic reaction occurs, current is generated and water is generated on the cathode side. Further, in the polymer electrolyte fuel cell, the operating temperature is lower than that of other fuel cells, so the water generated condenses, the wall surface of the gas passage gets wet, and the generated water adheres to the wall surface one after another. It becomes water droplets, which grow and obstruct the gas flow. This causes a phenomenon in which the electrolytic reaction between the fuel gas and the oxidant gas is less likely to occur partially in the cell and the output of the fuel cell is reduced.

【0003】従来のガス通路の構成は、たとえば、米国
特許第4、988、583号公報に開示されるようにセ
ル内にガス供給口とガス排出口とを連絡する1本のガス
通路が平面視において高分子電解質膜上を蛇行するよう
に膜の全面にわたって設けられる。そして、生成した水
を通路を流通するガスの流れによりガスに同伴せしめて
ガス通路から排出するようになっている。また米国特許
第4、769、297号公報に開示されるように、カソ
ード側電極で生成した水を排出するために電極の背面側
に多孔質プレートを配置し、多孔質プレートを介して生
成した水を排出するように構成することが知られてい
る。
A conventional gas passage has a structure in which, for example, as shown in US Pat. No. 4,988,583, one gas passage connecting a gas supply port and a gas discharge port in a cell is flat. It is provided over the entire surface of the membrane so as to meander over the polymer electrolyte membrane when viewed. Then, the generated water is entrained in the gas by the flow of the gas flowing through the passage and is discharged from the gas passage. Further, as disclosed in US Pat. No. 4,769,297, a porous plate is arranged on the back side of the electrode to discharge water generated at the cathode side electrode, and the water is generated through the porous plate. It is known to configure to drain water.

【0004】[0004]

【解決しようとする課題】しかし、従来の生成水排出に
係る手法では、ガス通路内の圧力損失が大きくなるとい
う問題ある。高分子電解質膜の平面視で複数のガス通路
が平行に延びるように形成するとガス流速が小さくな
り、デッドスポット(生成水がたまって電解反応が生じ
にくくなる部分)が発生し易いという欠点がある。ま
た、上記米国特許第4、988、583号公報に開示さ
れるやり方では、上記の並列ガス通路を設ける場合に比
べてガス流速が大きくなるので、生成水の排出効率は改
善することができるが、ガスが高分子電解質膜上を蛇行
させられることによって、ガスの流れ方向が大きく変え
られるので流路抵抗が大きくなる。したがって、ガスの
入口と、出口側での圧力差が大きく均一な反応が得られ
ないという問題が生じる。また、上記米国特許第4、7
69、297号公報に開示される多孔質プレートを用い
る方法では、カソード側で生成した水をカソード側とア
ノード側のガス圧差によりアノード側に移動させるよう
にしているが、カソード側に酸化剤ガスの排気路を備え
ていないので、生成水が酸化剤ガスに同伴してアノード
側に水分と共に移動し、燃料ガスの混合する恐れがあ
る。
[Problems to be Solved] However, the conventional method for discharging generated water has a problem that the pressure loss in the gas passage becomes large. If a plurality of gas passages are formed so as to extend in parallel in a plan view of the polymer electrolyte membrane, the gas flow velocity is reduced, and dead spots (a portion where generated water accumulates and an electrolytic reaction is less likely to occur) are likely to occur. . Further, in the method disclosed in the above-mentioned U.S. Pat. No. 4,988,583, the gas flow velocity is higher than that in the case where the parallel gas passage is provided, so that the discharge efficiency of the generated water can be improved. By causing the gas to meander over the polymer electrolyte membrane, the flow direction of the gas can be largely changed, so that the flow path resistance increases. Therefore, there is a problem that the pressure difference between the gas inlet and the gas outlet is large and a uniform reaction cannot be obtained. Also, the above-mentioned US Pat.
In the method using a porous plate disclosed in Japanese Patent Publication No. 69,297, the water generated on the cathode side is moved to the anode side due to the gas pressure difference between the cathode side and the anode side. Since the exhaust passage is not provided, the produced water may be entrained in the oxidant gas and moved to the anode side together with the moisture, and the fuel gas may be mixed.

【0005】本発明はこのような事情に鑑みて構成され
たもので、上記のような問題点を解消して生成水の排出
効率を改善することができ、しかもガスの圧力損失を少
なくすることができる固体高分子型燃料電池を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been constructed in view of such circumstances, and it is possible to solve the above problems and improve the discharge efficiency of generated water, and reduce the pressure loss of gas. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of achieving the above.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下のように構成される。すなわち、本発
明の固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜の両側に
電極構成部材を配した発電素子と、該発電素子部材を挟
んで延び両側からこれを支持し、かつ該それぞれの電極
構成部材の側から発電素子に関与するそれぞれの反応ガ
ス通路を画成する一対のガス分離部材とを備えたセルを
積層して構成される固体高分子型燃料電池において、高
分子電解質膜の平面視において、前記各セルのガス通路
が渦巻き状に形成されこの通路の一端側にガス供給口が
他端側にガス排出口が形成されたことを特徴とする。好
ましい態様では、1本の前記ガス通路が前記ガス供給口
とガス排出口とを連絡するように構成される。また、別
の態様では、複数本の前記ガス通路が前記ガス供給口と
ガス排出口とを連絡するように構成される。さらに、前
記高分子電解質膜の平面視において、高分子電解質膜の
周縁部に前記ガス供給口とガス排出口とを配置し、前記
渦巻き状のガス通路を前記高分子電解質膜の中心部にお
いて反転するように構成することもできる。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, the polymer electrolyte fuel cell of the present invention comprises a power generating element in which electrode constituent members are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and a power generating element extending from both sides of the power generating element member and supported from both sides, and each of the electrodes. In a polymer electrolyte fuel cell constructed by stacking cells each having a pair of gas separation members that define respective reaction gas passages involved in a power generation element from the side of the component, a plane of a polymer electrolyte membrane In view, the gas passage of each cell is formed in a spiral shape, and a gas supply port is formed at one end side of the passage and a gas discharge port is formed at the other end side thereof. In a preferred embodiment, one of the gas passages is configured to connect the gas supply port and the gas discharge port. In another aspect, a plurality of the gas passages are configured to connect the gas supply port and the gas discharge port. Furthermore, in a plan view of the polymer electrolyte membrane, the gas supply port and the gas discharge port are arranged at the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane, and the spiral gas passage is inverted at the center of the polymer electrolyte membrane. It can also be configured to do so.

【0007】また、前記ガス供給口及びガス排出口のい
ずれか一方を高分子電解質膜の周縁部に他方を中心部に
配置てもよい。さらに、冷却水供給口及び冷却水排出口
を平面視において高分子電解質膜の中心部または、周縁
部に配置してもよく、ガス供給口とガス排出口をともに
平面視において高分子電解質膜の中心部に配置し、ガス
通路を中心部から外周部に渦巻き状に延設し、外周部で
反転させて中心部にもどるように構成することもでき
る。また、本発明の別の特徴によれば、高分子電解質膜
の両側に電極構成部材を配した発電素子と、該発電素子
部材を挟んで延び両側からこれ支持し、かつ該それぞれ
の電極構成部材の側から発電素子に関与するそれぞれの
反応ガス通路を画成する一対のガス分離部材とを備えた
セルを積層して構成される固体高分子型燃料電池におい
て、前記ガス通路は高分子電解質膜の平面視において複
数並設されており、前記各セルのガス通路に対してガス
を分配供給するメインガス通路と前記各セルのガス通路
との間にはガス供給マニホールドが設けられ、該ガス供
給マニホールドと各セルのガス通路とを連絡する部分に
縮小部が設けられる。
Further, one of the gas supply port and the gas exhaust port may be arranged at the peripheral portion of the polymer electrolyte membrane, and the other may be arranged at the central portion. Further, the cooling water supply port and the cooling water discharge port may be arranged at the central portion or the peripheral edge portion of the polymer electrolyte membrane in a plan view, and both the gas supply port and the gas discharge port of the polymer electrolyte membrane in a plan view. The gas passage may be arranged in the central portion, the gas passage may be spirally extended from the central portion to the outer peripheral portion, and the gas passage may be reversed at the outer peripheral portion and returned to the central portion. Further, according to another feature of the present invention, a power generating element in which electrode constituent members are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and extending from both sides of the power generating element member and supported from both sides, and the respective electrode constituent members From the side of the solid polymer electrolyte fuel cell, which is configured by stacking cells having a pair of gas separation members that define respective reaction gas passages involved in the power generation element, the gas passages are polymer electrolyte membranes. A plurality of them are arranged side by side in a plan view, and a gas supply manifold is provided between the main gas passage for supplying and distributing the gas to the gas passage of each cell and the gas passage of each cell, A reduction portion is provided in a portion that connects the manifold and the gas passage of each cell.

【0008】この場合、好ましい態様では、前記各ガス
通路を仕切る通路壁が不連続であり、互いにガス通路が
連通状態になっている。本発明の別の特徴によれば、高
分子電解質膜の両側に電極構成部材を配した発電素子
と、該発電素子部材を挟むように配置される一対の気密
性ガス分離部材とを備えたセルを積層して構成される固
体高分子型燃料電池において、前記電極のうちカノード
電極と一方の前記ガス分離部材との間に反応ガス供給通
路とガス排出通路とを多孔質プレートで画成する。この
場合、好ましい態様では、前記電極とガス分離部材との
間に多孔質プレートを配置し、該多孔質プレートに該セ
ルのカソード電極面へのガス供給通路と該電極面からの
ガス排出通路とを形成する。また、前記多孔質プレート
の一方の面には前記ガス供給通路を他方の面にはガス排
出通路を形成するのが好ましい。前記多孔質プレートの
一方の面には帯状に突出する壁部によって画成されるガ
ス排出通路を構成し、多孔質プレートの他方の面には、
格子状に点在する突出部が設けられた排出通路を構成す
ることもできる。
In this case, in a preferred mode, the passage walls partitioning the gas passages are discontinuous and the gas passages are in communication with each other. According to another feature of the present invention, a cell including a power generating element in which electrode constituent members are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and a pair of airtight gas separating members arranged so as to sandwich the power generating element member. In the polymer electrolyte fuel cell constructed by stacking the above, a reaction gas supply passage and a gas discharge passage are defined by a porous plate between the cathode electrode of the electrodes and one of the gas separation members. In this case, in a preferred embodiment, a porous plate is arranged between the electrode and the gas separating member, and a gas supply passage to the cathode electrode surface of the cell and a gas discharge passage from the electrode surface are provided in the porous plate. To form. Further, it is preferable that the gas supply passage is formed on one surface of the porous plate and the gas discharge passage is formed on the other surface. A gas discharge passage defined by a wall projecting in a strip shape is formed on one surface of the porous plate, and on the other surface of the porous plate,
It is also possible to configure the discharge passage provided with protrusions that are scattered in a grid pattern.

【0009】[0009]

【作用】本発明の固体高分子型燃料電池は、高分子電解
質膜及び両側に電極構成部材を備えた発電素子とこの両
側に配置されるガス分離部材とを含むセルを積層状態に
して構成される。そして、発電素子を含むセルを貫通す
る方向に燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水の各セルに
供給するためのメイン通路が設けられる。そして、各セ
ルのガス通路は電極面に沿って設けられ、本発明では平
面視において渦巻き状にほぼ全面にわたって設けられ
る。このようにすることにより、セルの有効反応面積を
効果的に拡大することができる。また、ガス通路のレイ
アウト渦巻き状に設けることによって内部を流通するガ
ス流の流れ方向の変化を極力少なくすることができ、し
たがってガスの圧力損失を少なくすることができる。な
お、ガスだけでなく冷却水の流れについても圧力損失を
すくなくすることは、エネルギー効率を改善する上で好
ましい。したがって、冷却水通路についても蛇行しある
いはジグザグ状に配置せず、渦巻き状にレイアウトする
のが好ましい。蛇行するレイアウトでは、ガス流の流れ
方向が180度変更されるのに対して、渦巻き状にする
とガス流のながれの変更を大部分の曲がりにおいて最大
90度に止めることができるからである。
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention is constructed by stacking cells including a polymer electrolyte membrane, a power generating element having electrode constituent members on both sides, and a gas separating member arranged on both sides of the power generating element. It Further, a main passage for supplying the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water to each cell is provided in a direction penetrating the cell including the power generation element. The gas passage of each cell is provided along the electrode surface, and in the present invention, it is provided in a spiral shape over substantially the entire surface in plan view. By doing so, the effective reaction area of the cell can be effectively expanded. Further, by providing the layout of the gas passage in a spiral shape, it is possible to minimize the change in the flow direction of the gas flow passing through the inside, and thus to reduce the gas pressure loss. In addition, it is preferable to reduce the pressure loss not only in the gas but also in the flow of the cooling water in order to improve the energy efficiency. Therefore, it is preferable that the cooling water passages are not arranged in a meandering or zigzag shape but laid out in a spiral shape. This is because in the meandering layout, the flow direction of the gas flow is changed by 180 degrees, whereas the spiral shape makes it possible to stop the change of the gas flow flow at a maximum of 90 degrees in most bends.

【0010】本発明の別の特徴においては、各セルのガ
ス供給通路とガス排出通路とを結ぶガス通路が複数列平
行して設けられるが、この場合、セルの入口のガス通路
部分すなわちマニホールドとガス通路との連絡部分にガ
ス流路断面の小さい縮小部を設ける。これによってこの
縮小部を通過する際に、流速が増大して生成水の排出効
果を生じ、生成水が流路に存在することによって、各分
岐ガス通路へのガスの流通が不均一になるといった現象
を解消することができる。さらに、別の特徴によると、
カソード側電極と密封性の高いガス分離部材との間に水
を通過させ得る多孔質プレートを配置する。これによっ
て、生成水をガス供給通路側からガス排気通路側に効果
的に逃がすことができ、デッドスポットの発生を防止す
ることができる。また、生成水がガスを同伴するが、ガ
ス供給側とガス排出側にある同種のガスが混合するだけ
であり、問題は生じない。
In another feature of the present invention, the gas passages connecting the gas supply passages and the gas discharge passages of each cell are provided in parallel in a plurality of rows. In this case, the gas passage portion at the inlet of the cell, that is, the manifold. A reduced portion having a small cross section of the gas flow path is provided at a portion communicating with the gas passage. As a result, when passing through this contracting section, the flow velocity increases and the generated water is discharged, and the existence of the generated water in the flow path causes uneven distribution of gas to each branch gas passage. The phenomenon can be resolved. Furthermore, according to another feature,
A porous plate that allows water to pass therethrough is arranged between the cathode side electrode and the gas separation member having a high sealing property. As a result, the generated water can be effectively released from the gas supply passage side to the gas exhaust passage side, and the occurrence of dead spots can be prevented. Further, although the generated water entrains the gas, the same kind of gas on the gas supply side and the gas on the gas discharge side are mixed, and no problem occurs.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は、本発明の1実施例にかかる固体高分子型燃料電池
の1つのセルを模式的に示す斜視図であり、図2は図1
の固体高分子型燃料電池の要部を示す概略断面図であ
る。本例の固体高分子型燃料電池は、反応イオンを担持
し、この移動を生じさせて反応を行わせる高分子電解質
膜2と、この高分子電解質膜2の両側に配置される電極
構成部材3、4から構成される発電素子5と、この発電
素子5を両側から挟持するガス分離部材6、7とを含ん
で構成される電池構成体すなわちセル1を積層して構成
される。上記電極3、4は、高分子電解質膜2に両側で
ホットプレス法などを用いて接着される。本例のガス分
離部材6、7は、導電性、水密性かつ気密性の材料たと
えば、樹脂含浸カーボンやCFRP、アモルファスカー
ボンなどで構成される。本例の構成では、燃料ガスが水
素であり、アノード電極側に通され、酸化剤ガスは空気
であり、カソード電極側に通される。カソード側には、
電極板3と多孔質プレート8がガス分離部材6との間に
配置されている。多孔質プレート8は、導電性であり、
ポーラス構造のカーボン部材などで構成することができ
る。図示の多孔質プレート8の電極面に対向する側に複
数の平行溝9が設けてあるとともに、その背面側にも複
数の平行溝10が形成してある。したがって、図2に示
すにように多孔質プレート8の電極側と電極面とによっ
て複数の隔置した平行空間部11が形成され、この空間
部11はガス通路のうちガス供給通路を構成する。ま
た、多孔質プレート8の反対側とガス分離部材6とによ
って複数の平行空間部12が形成され、この空間部はガ
ス通路のうち排出通路を構成する。また、アノード側に
もガス分離部材7と電極4との間に多孔質プレート13
が配置されており、この多孔質プレート13の電極側に
も複数の平行溝14が形成されており、リブ部13aの
上端面が電極面に密着したとき上記の多孔質プレート8
と同様に複数の平行空間部15が形成される。この空間
部は燃料ガスすなわち水素のガス通路を構成する。な
お、アノード側の多孔質プレート13の背面と、ガス分
離部材7とは密着しており、ガス分離部材7によって多
孔質プレート13を介して水素が外部に漏れるのを防止
している。
Embodiments of the present invention will be described below. 1 is a perspective view schematically showing one cell of a polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the polymer electrolyte fuel cell of FIG. The polymer electrolyte fuel cell of the present example supports a polymer electrolyte membrane 2 that carries reaction ions and causes the migration of these ions to cause a reaction, and electrode component members 3 disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane 2. 4 and the gas separating members 6 and 7 that sandwich the power generating element 5 from both sides, that is, the battery component, that is, the cell 1 is laminated. The electrodes 3 and 4 are adhered to the polymer electrolyte membrane 2 on both sides by a hot pressing method or the like. The gas separating members 6 and 7 of this example are made of a conductive, watertight and airtight material such as resin-impregnated carbon, CFRP or amorphous carbon. In the configuration of this example, the fuel gas is hydrogen, which is passed through the anode electrode side, and the oxidant gas is air, which is passed through the cathode electrode side. On the cathode side,
The electrode plate 3 and the porous plate 8 are arranged between the gas separation member 6. The porous plate 8 is electrically conductive,
It can be made of a carbon member having a porous structure. A plurality of parallel grooves 9 are provided on the side of the illustrated porous plate 8 facing the electrode surface, and a plurality of parallel grooves 10 are also formed on the back side thereof. Therefore, as shown in FIG. 2, a plurality of spaced parallel spaces 11 are formed by the electrode side of the porous plate 8 and the electrode surface, and these spaces 11 form the gas supply passage of the gas passage. Further, the opposite side of the porous plate 8 and the gas separating member 6 form a plurality of parallel space portions 12, and these space portions form the discharge passage of the gas passage. Further, on the anode side as well, the porous plate 13 is provided between the gas separation member 7 and the electrode 4.
Are arranged, and a plurality of parallel grooves 14 are formed on the electrode side of the porous plate 13, and when the upper end surface of the rib portion 13a is in close contact with the electrode surface, the porous plate 8
Similarly, a plurality of parallel space portions 15 are formed. This space constitutes a gas passage for fuel gas, that is, hydrogen. The back surface of the porous plate 13 on the anode side and the gas separation member 7 are in close contact with each other, and the gas separation member 7 prevents hydrogen from leaking to the outside through the porous plate 13.

【0012】図3を参照すると、上記ガス通路に対して
平行な面によって切断したセルの断面が示されている。
カソード側のガス通路はカソード電極面に沿って延びて
おり反応が進行するとき、水が生成する。この反応生成
水は多孔質プレートに浸透して供給路と排出路とのガス
圧の差によってガス通路の排出側に矢印で示すように漏
れ出て排出側のガス通路に侵入する。一方、酸化剤ガス
は、矢印で示すように左方にガス供給通路11を巡って
図において上方のガス排出通路12に導かれるようにな
っている。図4及び図5を参照すると、多孔質プレート
8の電極側面(正面)とガス分離部材側の面(背面)の
溝9、10の形成状態が示されている。ガス通路11の
一端は開放端になっており、この開放端を介して、ガス
通路内に導入され、閉塞端側から上方の図5に示すガス
排出通路12に導かれる。すなわち、酸化剤ガスは図4
において下方から上方にガス通路11を移動し、図5に
おいて上方から下方に導かれて、図5の通路の閉端側
(下端側)から排出される。また燃料ガスはアノード側
電極面上を巡って、同一平面内にあるガス排出口よりメ
イン排出通路(図示せず)に排出される。一方、生成水
は、図5に示す排出通路の下端の開放端側から排出され
る。
Referring to FIG. 3, there is shown a cross section of the cell cut by a plane parallel to the gas passage.
The gas passage on the cathode side extends along the surface of the cathode electrode, and water is generated when the reaction proceeds. This reaction product water permeates the porous plate and leaks to the discharge side of the gas passage as indicated by the arrow due to the difference in gas pressure between the supply passage and the discharge passage and enters the discharge side gas passage. On the other hand, as shown by the arrow, the oxidant gas goes around the gas supply passage 11 to the left and is guided to the upper gas discharge passage 12 in the drawing. With reference to FIGS. 4 and 5, there is shown a formation state of the grooves 9 and 10 on the electrode side surface (front surface) of the porous plate 8 and the gas separation member side surface (rear surface). One end of the gas passage 11 is an open end, and is introduced into the gas passage through this open end and guided from the closed end side to the gas discharge passage 12 shown in FIG. 5 above. That is, the oxidizing gas is as shown in FIG.
5, the gas passage 11 is moved from the lower side to the upper side, is guided from the upper side to the lower side in FIG. 5, and is discharged from the closed end side (lower end side) of the passage in FIG. Further, the fuel gas circulates on the anode side electrode surface and is discharged to the main discharge passage (not shown) from the gas discharge port in the same plane. On the other hand, the generated water is discharged from the open end side of the lower end of the discharge passage shown in FIG.

【0013】以上のような構造によれば、生成水を効果
的に反応部から除去することができる。固体高分子型燃
料電池を高い効率で動作させることができる。図6及び
図7を参照すると、多孔質プレートの他の例が示されて
いる。本例の多孔質プレート8の背面は図5と同様であ
るが、正面には図4のものと異なり、断面矩形の柱状の
突出部8aが格子状に点在している。そして、図6にお
いて上端が開口端であるので、ガスは上端側から導入さ
れ、点在している突出部8aの周囲を巡って上方に移動
し、排出通路12の上方からから下方に導入されて図示
しない排出口を介してメイン排出通路に導かれる。図8
を参照すると、セルを構成するための積層構造の他の例
が示されている。本例では、カソード電極側の多孔質プ
レート8には電極面に対向する側にのみ平行溝が形成し
てあり、背面側はフラットに形成されている。そして、
ガス分離部材の内側すなわち多孔質プレート側に平行溝
6aが形成されている。この構成では、図9に示すよう
に各部材が密着状態となってセルを構成したとき、多孔
質プレート8とカソード電極3とによってガス供給通路
11が画成され、多孔質プレート8とガス分離部材6と
によってガス排出通路12が画成される。この構成によ
っても前例と同様の効果が得られる。すなわち、多孔質
プレート8を介してカソード電極において生成された生
成水がガス排出通路側に侵入し、ガス排出通路を介して
排出される。
According to the above structure, the produced water can be effectively removed from the reaction section. The polymer electrolyte fuel cell can be operated with high efficiency. Referring to FIGS. 6 and 7, another example of the porous plate is shown. The back surface of the porous plate 8 of the present example is similar to that of FIG. 5, but the front surface is different from that of FIG. 4 in that pillar-shaped protrusions 8a having a rectangular cross section are scattered in a grid pattern. Since the upper end is the open end in FIG. 6, the gas is introduced from the upper end side, moves upward around the scattered projections 8 a, and is introduced from the upper part of the discharge passage 12 to the lower part. Is guided to the main discharge passage through a discharge port (not shown). FIG.
, Another example of a laminated structure for forming a cell is shown. In the present example, the porous plate 8 on the cathode electrode side has parallel grooves formed only on the side facing the electrode surface, and the back side is formed flat. And
The parallel groove 6a is formed inside the gas separation member, that is, on the porous plate side. In this configuration, when the members are in close contact with each other to form a cell as shown in FIG. 9, the gas supply passage 11 is defined by the porous plate 8 and the cathode electrode 3, and the porous plate 8 and the gas separation passage are separated. A gas discharge passage 12 is defined by the member 6. Also with this configuration, the same effect as the previous example can be obtained. That is, the generated water generated in the cathode electrode through the porous plate 8 enters the gas discharge passage side and is discharged through the gas discharge passage.

【0014】以下電極面におけるガス通路のレイアウト
について説明する。図10を参照すると、積層されるセ
ルの発電素子が含まれる部分をアノード電極側からみた
平面図が示されている。発電素子が含まれる部分は上記
したように高分子電解質膜を両側から電極構成部材で挟
み込んで構成される。本例では、矩形形状の高分子電解
質膜2が設けられこの内側に相似形状の矩形の活性領域
すなわち電極部4が設けられる。高分子電解質膜の活性
領域を越える周辺領域には、紙面に垂直に延びる方向に
設けられる燃料ガス及び酸化剤ガスのメイン通路及び冷
却水のメイン通路を通すための貫通孔16、17、1
8、19、20、21が設けられている。メイン通路
は、供給通路及びリターン通路のそれぞれ対になってい
る必要があるので、少なくとも6つの貫通孔16、1
7、18、19、20及び21が上記高分子電解質膜2
上に形成されることになる。本例では、燃料ガスとして
の水素、酸化剤ガスとしての空気を流通させるそれぞれ
一対のメイン通路の一部を構成する貫通口16、17及
び18、19を備えている。さらに冷却水通路のための
貫通口20、21が設けられる。
The layout of the gas passages on the electrode surface will be described below. Referring to FIG. 10, there is shown a plan view of a portion of a stacked cell including a power generation element as viewed from the anode electrode side. As described above, the portion including the power generation element is configured by sandwiching the polymer electrolyte membrane from both sides with electrode constituent members. In this example, a rectangular polymer electrolyte membrane 2 is provided, and a rectangular active region having a similar shape, that is, an electrode portion 4 is provided inside the polymer electrolyte membrane 2. In the peripheral area beyond the active area of the polymer electrolyte membrane, through holes 16, 17, 1 for passing the main passage of the fuel gas and the oxidant gas and the main passage of the cooling water, which are provided in a direction extending perpendicularly to the paper surface.
8, 19, 20, and 21 are provided. Since the main passage must be paired with the supply passage and the return passage, at least six through holes 16, 1 are provided.
7, 18, 19, 20, and 21 are the polymer electrolyte membrane 2
Will be formed on top. In this example, there are provided through holes 16, 17 and 18, 19 which respectively form a part of a pair of main passages through which hydrogen as a fuel gas and air as an oxidant gas flow. Furthermore, through-holes 20 and 21 for cooling water passages are provided.

【0015】図10において、左上に水素ガスのメイン
通路であるガス通路が位置するのでこれに対応して、高
分子電解質膜には、ガス供給口16が設けられる。そし
て、高分子電解質膜の右下の周辺領域には、排出用のメ
イン通路であるガス通路に対応するためのガス排出口1
7が設けられる。そして、本例においては、上記ガス供
給口16とガス排出口17とを連絡するための一本のガ
ス通路22がアノード電極面4に沿って設けられる。本
例のガス通路はガス供給口16から活性領域の周縁部を
通り、矩形の活性領域の各頂点の部分に対応して屈折し
渦巻き状に次第に内側に延びる。このようにして、活性
領域4の中心部に達すると、ガス通路22は今度は周辺
部に向かって、矩形の形状に対応して屈折して渦巻きを
解く方向に延びてガス排出口17に達する。本例のガス
通路22のレイアウトによれば屈折部の曲がり量はほぼ
90度であり、上記米国特許第4、988、583号公
報に開示されるようなガス通路を蛇行させるレイアウト
に比してガスの流れ方向の変更を大幅に緩和することが
できるとともに、屈曲の数も減少でき、その分ガス流の
運動量損失を低減することができ、したがって、ガスの
圧力損失を減少することができる。また、このように圧
力損失を低減できるので、排水効率が上記米国特許の構
造に比べて向上する。
In FIG. 10, the gas passage, which is the main passage for hydrogen gas, is located at the upper left, and accordingly, a gas supply port 16 is provided in the polymer electrolyte membrane. In the lower right peripheral area of the polymer electrolyte membrane, a gas discharge port 1 for corresponding to a gas passage which is a main passage for discharge.
7 is provided. In this example, one gas passage 22 for connecting the gas supply port 16 and the gas discharge port 17 is provided along the anode electrode surface 4. The gas passage of the present example passes from the gas supply port 16 through the peripheral portion of the active region, is bent corresponding to each apex portion of the rectangular active region, and gradually extends inward in a spiral shape. In this way, when reaching the central portion of the active region 4, the gas passage 22 extends toward the peripheral portion, in turn, in a direction in which the gas passage 22 is bent and unwound to correspond to the rectangular shape, and reaches the gas outlet 17. . According to the layout of the gas passage 22 of this example, the bending amount of the refraction portion is about 90 degrees, which is in comparison with the layout in which the gas passage is meandered as disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,988,583. The change in the gas flow direction can be significantly alleviated, the number of bends can be reduced, and the momentum loss of the gas flow can be reduced accordingly, so that the pressure loss of the gas can be reduced. Further, since the pressure loss can be reduced in this way, the drainage efficiency is improved as compared with the structure of the above-mentioned US patent.

【0016】図11は図10のレイアウトの変形例であ
って、本例では、ガス通路22の屈折部をなくし湾曲部
を設けてガス通路22の方向を変えるようにしている。
このようにすることによって、湾曲部は、屈曲部よりも
圧力損失を低く抑えることができるので、図11の場合
よりも圧力損失をさらに低減することができる。このよ
うにガスの圧力損失を減少することによって、均一な圧
力での反応を生じさせることができ、燃料電池の出力効
率を向上させることができる。また、上記の説明では、
燃料ガスのガス通路の発電素子上におけるレイアウトに
ついてのみ説明したが、酸化剤ガスのガス通路について
も同様にレイアウトすることが好ましい。酸化剤ガスと
して、空気を用いる場合には、ポンプによって加圧する
必要があるため、上記のように圧力損失を低減するよう
に構成するとポンプの動力損失を低減することができる
ので、全体としての燃料電池の効率を改善することがで
きる。図12を参照すると、さらに別の実施例にかかる
ガス通路22のレイアウトが示されている。本例の構成
では、複数のガス通路を並列的に設けられて、ガス供給
口16とガス排出口17を連絡している。このように、
複数のガス通路22を並列的に設けることによって上記
図10、図11に示す1本のガス通路22を設ける場合
に比べて流路長さを減少することができ、圧力損失を少
なくすることができる。したがって、大容量のガスを流
通させる必要のある燃料電池の場合に好適である。
FIG. 11 is a modification of the layout of FIG. 10. In this example, the bent portion of the gas passage 22 is eliminated and a curved portion is provided to change the direction of the gas passage 22.
By doing so, the curved portion can suppress the pressure loss lower than that of the bent portion, so that the pressure loss can be further reduced as compared with the case of FIG. 11. By reducing the pressure loss of gas in this way, it is possible to cause a reaction at a uniform pressure and improve the output efficiency of the fuel cell. Also, in the above description,
Although only the layout of the gas passage of the fuel gas on the power generation element has been described, it is preferable to similarly lay out the gas passage of the oxidant gas. When air is used as the oxidant gas, it is necessary to pressurize with a pump. Therefore, if the pressure loss is reduced as described above, the power loss of the pump can be reduced. The efficiency of the battery can be improved. Referring to FIG. 12, a layout of the gas passage 22 according to still another embodiment is shown. In the configuration of this example, a plurality of gas passages are provided in parallel to connect the gas supply port 16 and the gas discharge port 17. in this way,
By providing a plurality of gas passages 22 in parallel, the flow path length can be reduced and the pressure loss can be reduced as compared with the case where one gas passage 22 shown in FIGS. 10 and 11 is provided. it can. Therefore, it is suitable for a fuel cell in which a large volume of gas needs to flow.

【0017】図13を参照すると、さらに他のガス通路
のレイアウトの例が示されている。本例の場合、ガス通
路22のメイン通路の供給通路または排出通路のいずれ
か一方が活性領域の内側の中心部に設けられている。そ
して、本例では単一のガス通路が高分子電解質膜の周縁
部に設けられたガス供給口と中心部に設けられたガス排
出口とを連絡するように活性領域の周辺部から矩形形状
に倣って屈折しつつ次第に中心部に向かって渦巻き状に
延びている。このように構成することにより、ガス供給
口16及びガス排出口17の両方を活性領域の外側の高
分子電解質膜の周辺領域に設ける場合に比べて、ガス通
路の長さを短くできるとともに、屈曲の数を減少できる
ので、流路の圧力損失を減少させることができる。さら
に、図14に示す例では、図13のようにガス供給口1
6またはガス排出口17の一方を高分子電解質膜の周辺
領域に、他方をその中心部に設けるようにした場合にお
いて、さらに、複数の平行するガス通路22によってガ
ス供給口16とガス排出口17を連絡するようにしてい
る。このように構成することにより、図13の場合比し
て、ガス通路の長さを短くすることができ、圧力損失を
さらに低減することができる。
Referring to FIG. 13, there is shown still another gas passage layout example. In the case of this example, either the supply passage or the discharge passage of the main passage of the gas passage 22 is provided in the center portion inside the active region. In this example, a single gas passage has a rectangular shape from the peripheral portion of the active region so as to connect the gas supply port provided at the peripheral portion of the polymer electrolyte membrane and the gas exhaust port provided at the central portion. It follows and refracts, and gradually extends in a spiral shape toward the center. With this configuration, the length of the gas passage can be shortened and the bending can be shortened as compared with the case where both the gas supply port 16 and the gas discharge port 17 are provided in the peripheral region of the polymer electrolyte membrane outside the active region. Therefore, the pressure loss in the flow path can be reduced. Furthermore, in the example shown in FIG. 14, as shown in FIG.
6 or the gas discharge port 17 is provided in the peripheral region of the polymer electrolyte membrane and the other is provided in the central part thereof, the gas supply port 16 and the gas discharge port 17 are further provided by a plurality of parallel gas passages 22. I am trying to contact you. With this configuration, the length of the gas passage can be shortened and the pressure loss can be further reduced, as compared with the case of FIG.

【0018】図15に示す例では、ガス供給口16及び
ガス排出口17の両方をすべて中心部に設けた例であ
る。この場合には、高分子電解質膜2の周辺部のぎりぎ
りの位置まで電極面4を設けて活性領域として活用する
ことができ、有効反応面積を増大することができる。こ
の構成は、同じ大きさの外形を有するセルを用いても周
辺領域にメイン通路のためのガス供給口16及びガス排
出口17を設ける構成に比べて、活性領域を大きくとる
ことができるので燃料電池をコンパクトにすることがで
きる。さらにこの場合において、図16に示すように複
数の並列的なガス通路を設けてこれによってガス供給口
16とガス排出口17とを連絡することにより、ガス通
路長さを減少せしめることができ、大容量のガスを通過
させることができる。つぎに、さらに他の実施例にかか
るガス通路の構成について説明する。図17を参照する
と、発電素子の部分に接合するガス分離板6の平面図が
示されており、本例の構成では、細長く水平方向にのび
る矩形状の断面を有するガス供給口23が、ガス分離板
6の上部に設けられる。本例の構造では燃料電池のセル
の積層方向は紙面に垂直の方向であり図17の上下方向
は燃料電池の上下方向に一致する。そして多孔質プレー
トの下部にはガス排出口24が設けられる。ガス供給口
の周辺部には図示しない発電素子の高分子電解質膜の面
に沿って延びるガスチャンバ用の溝25が設けられ、こ
のガスチャンバ用溝から下方に複数のガス通路を構成す
る溝26が平行して延びている。各ガス通路は上記の多
孔質プレートに設けられるリブすなわち上記溝を画成す
る突出部27によって分離されている。このリブは上記
ガス分離板6が発電素子と組み合わされるときに、電極
面に密着する部分である。上記複数のリブ27は下方の
ガス排出口の付近まで延びている。リブによって上下方
向に平行に延びる複数のガス通路用溝28が画成され
る。そして、該ガス通路用溝の上端とガスチャンバ用溝
25とは上記の細いガス通路用溝26すなわち縮小部で
連結されている。本例の活性領域はガス通路用溝28の
上端からリブ27の下端の付近まで延びている。
In the example shown in FIG. 15, both the gas supply port 16 and the gas discharge port 17 are all provided in the central portion. In this case, the electrode surface 4 can be provided up to the marginal position of the polymer electrolyte membrane 2 to be used as an active region, and the effective reaction area can be increased. In this configuration, even if cells having the same outer size are used, the active area can be made larger than that in the configuration in which the gas supply port 16 and the gas exhaust port 17 for the main passage are provided in the peripheral region. The battery can be made compact. Further, in this case, by providing a plurality of parallel gas passages and connecting the gas supply port 16 and the gas discharge port 17 as shown in FIG. 16, the gas passage length can be reduced, A large amount of gas can be passed. Next, the structure of the gas passage according to still another embodiment will be described. Referring to FIG. 17, there is shown a plan view of the gas separation plate 6 joined to a portion of the power generation element. In the configuration of this example, the gas supply port 23 having an elongated rectangular cross section extending in the horizontal direction is It is provided above the separation plate 6. In the structure of this example, the stacking direction of the cells of the fuel cell is perpendicular to the paper surface, and the vertical direction of FIG. 17 corresponds to the vertical direction of the fuel cell. A gas outlet 24 is provided below the porous plate. A gas chamber groove 25 extending along the surface of the polymer electrolyte membrane of a power generation element (not shown) is provided in the periphery of the gas supply port, and a groove 26 forming a plurality of gas passages is formed downward from the gas chamber groove. Extend in parallel. Each gas passage is separated by a rib 27 provided on the porous plate, that is, a protrusion 27 defining the groove. The rib is a portion that comes into close contact with the electrode surface when the gas separation plate 6 is combined with the power generation element. The ribs 27 extend to the vicinity of the lower gas outlet. The ribs define a plurality of gas passage grooves 28 extending in parallel in the vertical direction. The upper end of the gas passage groove and the gas chamber groove 25 are connected by the thin gas passage groove 26, that is, the reduced portion. The active region of this example extends from the upper end of the gas passage groove 28 to the vicinity of the lower end of the rib 27.

【0019】図18及び図19を参照すると、縮小部2
6の断面とガス通路用溝28の断面が示されており、幅
はガス通路用溝28が大きく、深さは同じかガス通路用
溝28が深く構成されており、流路断面はガス通路用溝
が大幅に大きくなるように構成されている。このように
上部のガス供給口23からのガスチャンバ用溝25を介
してガス通路用溝28に通じる部分を流路の小さい縮小
部26で連絡したので、ガスのメイン通路から各セルの
ガス通路に分配されるガスの流速を高めることができ、
この部分に詰まりが生じることによって、各ガス通路へ
の分配が不均一になったりすることを防止することがで
きる。すなわち、各ガス通路への導入部での流速を高め
ることによりメイン供給通路からガス通路へのガスの均
一な分配性を確保することができる。また、上記のよう
な構造にすることによって反応生成水及び加湿同伴水の
排水を効果的に行なうことができる。図20には、図1
7の多孔質プレートの溝の構成の変形例が示されてお
り、ガス通路用溝28は複数の縮小部26で連結されて
いる。本例においても図17の構造の場合と同様の効果
を得ることができ、特にリブ27の面積をより少なくす
ることができるので有効反応面積を増大することができ
る。
Referring to FIGS. 18 and 19, the reduction unit 2
6 shows the cross section of the gas passage groove 28 and the gas passage groove 28 has a large width, the gas passage groove 28 has the same width, and the gas passage groove 28 has the same depth or a deep depth. The groove is designed to be significantly larger. As described above, the portion communicating with the gas passage groove 28 from the upper gas supply port 23 via the gas chamber groove 25 is connected by the reduced portion 26 having a small flow passage. The flow rate of the gas distributed to
It is possible to prevent non-uniform distribution to each gas passage due to clogging at this portion. That is, it is possible to ensure uniform distribution of gas from the main supply passage to the gas passage by increasing the flow velocity at the introduction portion to each gas passage. Further, with the above structure, the reaction product water and the humidified water can be effectively drained. In FIG. 20, FIG.
7 shows a modified example of the groove configuration of the porous plate of No. 7, in which the gas passage grooves 28 are connected by a plurality of reduction portions 26. Also in this example, the same effect as in the case of the structure of FIG. 17 can be obtained, and since the area of the rib 27 can be particularly reduced, the effective reaction area can be increased.

【0020】さらに図21に示す例では、ガス分離板6
のリブ27を断面矩形の柱形状にしたので、リブ断面積
を減少せしめて有効反応面積を更に確保することができ
る。
Further, in the example shown in FIG. 21, the gas separation plate 6
Since the rib 27 has a columnar shape with a rectangular cross-section, the rib cross-sectional area can be reduced to further secure the effective reaction area.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス通路
の多孔質プレートをガス分離部材と電極面との間に配置
することにより反応生成水及び加湿同伴水の排水効果を
有効に高めることができるのでデッドスポットを防止し
て、燃料電池の出力効率の高水準に維持することができ
る。また、ガス通路のレイアウトを渦巻き状にしたので
ガス通路の曲がりの数及び曲がり量を従来の構造に比べ
て大幅に減少せしめることができ、ガスの圧力損失をす
くなくして極力均一な圧力状態で燃料ガスと酸化剤ガス
との反応を促進することができ、ポンプ効率を低減しつ
つ燃料電池の出力効率を高めることができる。さらに、
別の特徴によれば、ガス供給口から活性領域にあるガス
通路へのガスの導入部において極力高いガス流速を確保
するようにしたので、各ガス通路への分配の均一性を確
保するとともに、反応生成水及び加湿同伴水の排除効率
を高めることができる。
As described above, according to the present invention, by arranging the porous plate of the gas passage between the gas separation member and the electrode surface, the drainage effect of the reaction product water and the humidified entrained water is effectively enhanced. Therefore, the dead spot can be prevented and the output efficiency of the fuel cell can be maintained at a high level. In addition, since the layout of the gas passage is made spiral, the number of bends and the amount of bend in the gas passage can be greatly reduced compared to the conventional structure, and the pressure loss of gas is minimized to keep the pressure as uniform as possible. The reaction between the fuel gas and the oxidant gas can be promoted, and the pump efficiency can be reduced and the output efficiency of the fuel cell can be increased. further,
According to another feature, at the gas introduction portion from the gas supply port to the gas passage in the active region to ensure a gas flow rate as high as possible, so as to ensure the uniformity of distribution to each gas passage, It is possible to enhance the efficiency of removing the reaction product water and the water accompanying the humidification.

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

【図1】本発明の1実施例にかかる固体高分子型燃料電
池のセルを構成する場合に積層構造を示す分解斜視図、
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a laminated structure when a cell of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention is constructed,

【図2】図1のセルの断面図、2 is a cross-sectional view of the cell of FIG. 1,

【図3】図2と直交する方向のセルの断面図、FIG. 3 is a sectional view of the cell in a direction orthogonal to FIG.

【図4】多孔質プレートの正面の平面図、FIG. 4 is a front plan view of a porous plate,

【図5】多孔質プレートの背面の平面図、FIG. 5 is a plan view of the back surface of the porous plate,

【図6】多孔質プレートの他の構造に係る正面の平面
図、
FIG. 6 is a front plan view of another structure of the porous plate,

【図7】図6の多孔質プレートの背面の平面図、7 is a plan view of the back surface of the porous plate of FIG. 6,

【図8】他の積層構造にかかるセルの分解斜視図、FIG. 8 is an exploded perspective view of a cell according to another laminated structure,

【図9】図8のセルの断面図、9 is a cross-sectional view of the cell of FIG.

【図10】ガス通路のレイアウトを示す平面図、FIG. 10 is a plan view showing the layout of a gas passage,

【図11】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 11 is a plan view showing still another layout of gas passages;

【図12】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 12 is a plan view showing still another layout of the gas passages,

【図13】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 13 is a plan view showing still another layout of the gas passages,

【図14】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 14 is a plan view showing still another layout of gas passages;

【図15】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 15 is a plan view showing still another layout of the gas passages,

【図16】ガス通路のさらに異なるレイアウトを示す平
面図、
FIG. 16 is a plan view showing still another layout of the gas passages,

【図17】多孔質プレートのガスチャンバ、縮小部及び
ガス通路を構成する溝及びリブを示す平面図、
FIG. 17 is a plan view showing a gas chamber of a porous plate, grooves and ribs that form a reduction unit and a gas passage,

【図18】多孔質プレートの縮小部を示す断面図、FIG. 18 is a cross-sectional view showing a reduced portion of a porous plate,

【図19】多孔質プレートのガス通路を示す断面図、FIG. 19 is a sectional view showing a gas passage of a porous plate,

【図20】多孔質プレートのガスチャンバ、縮小部及び
ガス通路を構成する溝及びリブの他の構成を示す平面
図、
FIG. 20 is a plan view showing another configuration of the gas chamber of the porous plate, the reducing portion, and the groove and the rib that configure the gas passage,

【図21】多孔質プレートのガスチャンバ、縮小部及び
ガス通路を構成する溝及びリブの他の構成を示す平面図
である。
FIG. 21 is a plan view showing another configuration of the gas chamber of the porous plate, the reducing portion, and the grooves and ribs forming the gas passage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セル、 2 高分子電解質膜、 3、4 電極、 5 発電素子、 6、7 ガス分離部材、 8 多孔質プレート 9、10 溝 11 ガス供給通路、 12 ガス供給通路、 13 多孔質プレート、 14 溝、 15 ガス通路、 16、17 ガス供給口、ガス排出口、 18、19 ガス供給口、ガス排出口、 20、21 冷却水供給口、冷却水排出口、 22 ガス通路、 23、24 ガス供給口、ガス排出口、 25 ガスチャンバ用溝、 26 縮小部、 27 リブ、 28 ガス通路。 1 Cell, 2 Polymer Electrolyte Membrane, 3, 4 Electrode, 5 Power Generation Element, 6, 7 Gas Separation Member, 8 Porous Plate 9, 10 Groove 11 Gas Supply Passage, 12 Gas Supply Passage, 13 Porous Plate, 14 Groove 15 gas passages, 16 and 17 gas supply ports, gas discharge ports, 18 and 19 gas supply ports, gas discharge ports, 20 and 21 cooling water supply ports, cooling water discharge ports, 22 gas passages, 23 and 24 gas supply ports , Gas exhaust port, 25 gas chamber groove, 26 reduced portion, 27 rib, 28 gas passage.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高分子電解質膜の両側に電極構成部材を配
した発電素子と、該発電素子部材を挟んで延び両側から
これを支持し、かつ該それぞれの電極構成部材の側から
発電素子に関与するそれぞれの反応ガス通路を画成する
一対のガス分離部材とを備えたセルを積層して構成され
る固体高分子型燃料電池において、 高分子電解質膜の平面視において、前記各セルのガス通
路が渦巻き状に形成されこの通路の一端側にガス供給口
が他端側にガス排出口が形成されたことを特徴とする固
体高分子型燃料電池。
1. A power generating element in which electrode constituent members are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and extending from both sides of the power generating element member to support the power generating element member, and a power generating element from each of the electrode constituent member sides. In a polymer electrolyte fuel cell configured by stacking cells each having a pair of gas separation members that define respective reaction gas passages involved, the gas of each cell in a plan view of a polymer electrolyte membrane A polymer electrolyte fuel cell, wherein a passage is formed in a spiral shape, and a gas supply port is formed at one end side of the passage and a gas discharge port is formed at the other end side thereof.
【請求項2】請求項1において、1本の前記ガス通路が
前記ガス供給口とガス排出口とを連絡していることを特
徴とする固体高分子型燃料電池。
2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein one gas passage connects the gas supply port and the gas discharge port.
【請求項3】請求項1において、複数本の前記ガス通路
が前記ガス供給口とガス排出口とを連絡していることを
特徴とする固体高分子型燃料電池。
3. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of the gas passages connect the gas supply port and the gas discharge port.
【請求項4】請求項1において、前記高分子電解質膜の
平面視において、高分子電解質膜の周縁部に前記ガス供
給口とガス排出口とを配置し、前記渦巻き状のガス通路
を前記高分子電解質膜の中心部において反転しているこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池。
4. The plan view of the polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the gas supply port and the gas discharge port are arranged at a peripheral edge portion of the polymer electrolyte membrane, and the spiral gas passage is provided with the high pressure gas. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that it is inverted at the center of the molecular electrolyte membrane.
【請求項5】請求項1において、前記ガス供給口及びガ
ス排出口のいずれか一方を高分子電解質膜の周縁部に他
方を中心部に配置したことを特徴とする固体高分子型燃
料電池。
5. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein one of the gas supply port and the gas exhaust port is arranged at a peripheral portion of the polymer electrolyte membrane and the other is arranged at a central portion.
【請求項6】請求項1において、冷却水供給口及び冷却
水排出口を平面視において高分子電解質膜の中心部また
は、周縁部に配置したことを特徴とする固体高分子型燃
料電池。
6. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the cooling water supply port and the cooling water discharge port are arranged at a central portion or a peripheral portion of the polymer electrolyte membrane in a plan view.
【請求項7】請求項1において、ガス供給口とガス排出
口をともに平面視において高分子電解質膜の中心部に配
置し、ガス通路を中心部から外周部に渦巻き状に延設
し、外周部で反転させて中心部にもどるように構成した
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
7. The gas supply port and the gas discharge port are both arranged in the central portion of the polymer electrolyte membrane in a plan view, and the gas passage is spirally extended from the central portion to the outer peripheral portion. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that it is configured so that it is reversed at the part and returned to the center part.
【請求項8】高分子電解質膜の両側に電極構成部材を配
した発電素子と、該発電素子部材を挟んで延び両側から
これ支持し、かつ該それぞれの電極構成部材の側から発
電素子に関与するそれぞれの反応ガス通路を画成する一
対のガス分離部材とを備えたセルを積層して構成される
固体高分子型燃料電池において、 前記ガス通路は高分子電解質膜の平面視において複数並
設されており、前記各セルのガス通路に対してガスを分
配供給するメインガス通路と前記各セルのガス通路との
間にはガス供給マニホールドが設けられ、該ガス供給マ
ニホールドと各セルのガス通路とを連絡する部分に縮小
部が設けられたことを特徴とする固体高分子型燃料電
池。
8. A power generating element in which electrode constituent members are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and extending from both sides of the power generating element member and supported from both sides, and the power generating element is involved from the side of each of the electrode constituent members. In a solid polymer electrolyte fuel cell configured by stacking cells including a pair of gas separation members that define respective reaction gas passages, a plurality of the gas passages are juxtaposed in a plan view of the polymer electrolyte membrane. A gas supply manifold is provided between the main gas passage for distributing and supplying gas to the gas passage of each cell and the gas passage of each cell, and the gas supply manifold and the gas passage of each cell are provided. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that a reduced portion is provided in a portion that communicates with.
【請求項9】請求項8において、前記各ガス通路を仕切
る通路壁が不連続であり、互いにガス通路が連通状態に
なっていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
9. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 8, wherein the passage walls partitioning the gas passages are discontinuous and the gas passages are in communication with each other.
【請求項10】高分子電解質膜の両側に電極構成部材を
配した発電素子と、該発電素子部材を挟むように配置さ
れる一対の気密性ガス分離部材とを備えたセルを積層し
て構成される固体高分子型燃料電池において、 前記電極のうちカソード電極と一方の前記ガス分離部材
との間に反応ガス供給通路とガス排出通路とを多孔質プ
レートで画成したことを特徴とす固体高分子型燃料電
池。
10. A cell is formed by stacking a cell including a power generating element having electrode constituent members arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and a pair of gas-tight gas separating members arranged so as to sandwich the power generating element member. In the solid polymer fuel cell described above, a reaction gas supply passage and a gas discharge passage are defined by a porous plate between the cathode electrode of the electrodes and one of the gas separation members, and Polymer fuel cell.
【請求項11】請求項10において、前記電極とガス分
離部材との間に多孔質プレートを配置し、該多孔質プレ
ートに該セルのカソード電極面へのガス供給通路と該電
極面からのガス排出通路とを形成したことを特徴とする
固体高分子型燃料電池。
11. The porous plate according to claim 10, wherein a porous plate is arranged between the electrode and the gas separation member, and a gas supply passage to the cathode electrode surface of the cell and a gas from the electrode surface are provided in the porous plate. A solid polymer type fuel cell, characterized in that an exhaust passage is formed.
【請求項12】請求項11において、前記多孔質プレー
トの一方の面には前記ガス供給通路を他方の面にはガス
排出通路を形成したことを特徴とする固体高分子型燃料
電池。
12. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 11, wherein the gas supply passage is formed on one surface of the porous plate and the gas discharge passage is formed on the other surface.
【請求項13】請求項12において、前記多孔質プレー
トの一方の面には帯び状に突出する壁部によって画成さ
れるガス供給通路を構成し、多孔質プレートの他方の面
には、格子状に点在する突出部が設けられた排出通路が
構成されたことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
13. The gas supply passage defined by a wall portion projecting in a zigzag shape on one surface of the porous plate, and a grid is formed on the other surface of the porous plate. A solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that an exhaust passage is formed with protrusions scattered in a line.
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2786027A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-19 Commissariat Energie Atomique BIPOLAR PLATES FOR FUEL CELL AND FUEL CELL COMPRISING SUCH PLATES
US6294280B1 (en) 1998-09-10 2001-09-25 Honda Giken Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
WO2002037592A1 (en) * 2000-10-30 2002-05-10 Teledyne Energy Systems, Inc. Fuel cell collector plates with improved mass transfer channels
JP2002237316A (en) * 2001-02-08 2002-08-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd Fuel cell gas passageway structure
WO2003043110A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-22 Sumitomo Precision Products Co., Ltd Fuel cell
JP2004296440A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Samsung Electronics Co Ltd Bipolar plate and fuel cell using the same
EP1517391A2 (en) * 2003-07-15 2005-03-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell assembly with Improved Heat Retention
US7067213B2 (en) 2001-02-12 2006-06-27 The Morgan Crucible Company Plc Flow field plate geometries
JP2006190494A (en) * 2004-12-28 2006-07-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell
JP2007194156A (en) * 2006-01-23 2007-08-02 Hitachi Ltd Fuel cell module
WO2007148761A1 (en) * 2006-06-21 2007-12-27 Panasonic Corporation Fuel cell
JP2008153091A (en) * 2006-12-19 2008-07-03 Toyota Motor Corp Fuel cell
EP2026393A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell separator and fuel cell
WO2009084183A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Panasonic Corporation Fuel cell separator and fuel cell provided with same
US7781121B2 (en) 2006-12-27 2010-08-24 Panasonic Corporation Fuel cell
US7838139B2 (en) 2002-06-24 2010-11-23 The Morgan Crucible Company Plc Flow field plate geometries
US8308110B2 (en) 2005-06-21 2012-11-13 Airbus Operations Sas System for defrosting the leading edge sheath of an air inlet hood for a turboengine
JP2018097977A (en) * 2016-12-09 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell separator and fuel cell

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6294280B1 (en) 1998-09-10 2001-09-25 Honda Giken Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
FR2786027A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-19 Commissariat Energie Atomique BIPOLAR PLATES FOR FUEL CELL AND FUEL CELL COMPRISING SUCH PLATES
WO2000030199A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-25 Commissariat A L'energie Atomique Bipolar plates for fuel cell and fuel cell comprising same
WO2002037592A1 (en) * 2000-10-30 2002-05-10 Teledyne Energy Systems, Inc. Fuel cell collector plates with improved mass transfer channels
US6551736B1 (en) * 2000-10-30 2003-04-22 Teledyne Energy Systems, Inc. Fuel cell collector plates with improved mass transfer channels
JP2002237316A (en) * 2001-02-08 2002-08-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd Fuel cell gas passageway structure
US7067213B2 (en) 2001-02-12 2006-06-27 The Morgan Crucible Company Plc Flow field plate geometries
WO2003043110A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-22 Sumitomo Precision Products Co., Ltd Fuel cell
US7838139B2 (en) 2002-06-24 2010-11-23 The Morgan Crucible Company Plc Flow field plate geometries
JP2004296440A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Samsung Electronics Co Ltd Bipolar plate and fuel cell using the same
EP1517391A3 (en) * 2003-07-15 2009-05-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell assembly with Improved Heat Retention
EP1517391A2 (en) * 2003-07-15 2005-03-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell assembly with Improved Heat Retention
JP2006190494A (en) * 2004-12-28 2006-07-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell
US8308110B2 (en) 2005-06-21 2012-11-13 Airbus Operations Sas System for defrosting the leading edge sheath of an air inlet hood for a turboengine
JP2007194156A (en) * 2006-01-23 2007-08-02 Hitachi Ltd Fuel cell module
WO2007148761A1 (en) * 2006-06-21 2007-12-27 Panasonic Corporation Fuel cell
US8557466B2 (en) 2006-06-21 2013-10-15 Panasonic Corporation Fuel cell including separator with gas flow channels
JP2009176745A (en) * 2006-06-21 2009-08-06 Panasonic Corp Fuel cell
JP2009176746A (en) * 2006-06-21 2009-08-06 Panasonic Corp Fuel cell
JPWO2007148761A1 (en) * 2006-06-21 2009-11-19 パナソニック株式会社 Fuel cell
JP2008153091A (en) * 2006-12-19 2008-07-03 Toyota Motor Corp Fuel cell
US7781121B2 (en) 2006-12-27 2010-08-24 Panasonic Corporation Fuel cell
EP2026393A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell separator and fuel cell
JP2010219055A (en) * 2007-12-28 2010-09-30 Panasonic Corp Fuel cell separator, and fuel cell provided with same
JPWO2009084183A1 (en) * 2007-12-28 2011-05-12 パナソニック株式会社 Fuel cell separator and fuel cell comprising the same
JP4553976B2 (en) * 2007-12-28 2010-09-29 パナソニック株式会社 Fuel cell separator and fuel cell comprising the same
WO2009084183A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Panasonic Corporation Fuel cell separator and fuel cell provided with same
US8614025B2 (en) 2007-12-28 2013-12-24 Panasonic Corporation Fuel cell separator and fuel cell comprising the same
JP2018097977A (en) * 2016-12-09 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell separator and fuel cell
US11450862B2 (en) 2016-12-09 2022-09-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Separator for fuel cell and fuel cell

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