JPH0950819A - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid polymer electrolyte fuel cell

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JPH0950819A
JPH0950819A JP7202943A JP20294395A JPH0950819A JP H0950819 A JPH0950819 A JP H0950819A JP 7202943 A JP7202943 A JP 7202943A JP 20294395 A JP20294395 A JP 20294395A JP H0950819 A JPH0950819 A JP H0950819A
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JP
Japan
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separator
fuel cell
gas
flow
polymer electrolyte
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JP7202943A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Enami
義晶 榎並
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolyte fuel cell in which dew drops adhering to the wall faces of flow pipeline of a separator to pass a fuel gas and an oxidizing agent gas can be removed. SOLUTION: Different from a conventional separator employed for a conventional solid polymer electrolyte fuel cell, a separator 1 is so formed as to have through holes 825A, 826A directly communicated with grooves 821A which are a partial flow pipeline to pass an oxidizing agent gas through. A plurality of the grooves 821A which the separator 1 has are connected in series one another through a groove 11A having the same cross-section shape as those of the grooves 821A to make an oxidizing agent gas 98 flow in the grooves. Moreover, though through holes 825B, 826B which the separator 1 has are communicated with grooves (not shown in the figure) to make a heat medium flow through in the same manner as a conventional fuel cell, these grooves for the flow of the heat medium are mutually connected in series from a viewpoint of the flow of the heat medium through the through hole 825B and the through hole 826B in a different manner in a conventional separator.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質型燃料電池に係わり、セパレータが有する燃料ガスお
よび酸化剤ガスを通流させる通流路を、通流路の壁面に
付着した水滴の除去を可能とするように改良したその構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell, and removes water droplets adhering to the wall surface of the flow passage through the flow passage through which the fuel gas and the oxidant gas of the separator flow. The structure is improved so as to enable

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は水素と酸素とを利用して直流
電力を発生する一種の発電装置であり、すでによく知ら
れているとおり、他のエネルギー機関と比較して、電気
エネルギーへの変換効率が高く,しかも,炭酸ガスや窒
素酸化物等の大気汚染物質の排出量が少ないことから、
いわゆるクリーン・エネルギー源として期待されてい
る。この燃料電池としては、使用される電解質の種類に
より、固体高分子電解質型,りん酸型,溶融炭酸塩型,
固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られている。
2. Description of the Related Art A fuel cell is a kind of power generator that generates direct current power by using hydrogen and oxygen, and as is well known, it is converted into electric energy as compared with other energy engines. High efficiency and low emission of carbon dioxide, nitrogen oxides and other air pollutants,
It is expected as a so-called clean energy source. Depending on the type of electrolyte used, this fuel cell may be a solid polymer electrolyte type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type,
Various fuel cells such as a solid oxide fuel cell are known.

【0003】これ等の燃料電池の内、固体高分子電解質
型燃料電池は、分子中にプロトン(水素イオン)交換基
を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させると、低い電気
抵抗率を示してプロトン導電性電解質として機能するこ
とを利用した燃料電池である。分子中にプロトン交換基
を有する高分子樹脂膜(以降、固体高分子電解質膜また
は単にPE膜と略称することがある。)としては、パ−
フルオロスルホン酸樹脂膜(例えば、米国のデュポン社
製、商品名ナフィオン膜)を代表とするフッ素系イオン
交換樹脂膜が現時点では著名であるが、この他に、炭化
水素系イオン交換樹脂膜、複合樹脂膜等が用いられてい
る。これ等の固体高分子電解質膜(PE膜)は、飽和に
含水されることにより、常温で20〔Ω・cm〕以下の
電気抵抗率を示し、いずれも、プロトン導電性電解質と
して機能する膜である。
Among these fuel cells, solid polymer electrolyte fuel cells show a low electric resistivity when a polymer resin membrane having a proton (hydrogen ion) exchange group in the molecule is saturated with water. A fuel cell that utilizes the function of a proton conductive electrolyte. A polymer resin membrane having a proton exchange group in the molecule (hereinafter, may be abbreviated as a solid polymer electrolyte membrane or simply PE membrane) is a par.
Fluorine-based ion-exchange resin membranes represented by fluorosulfonic acid resin membranes (for example, Nafion membrane manufactured by DuPont, USA) are well known at this time, but in addition to these, hydrocarbon-based ion-exchange resin membranes and composite membranes are also known. A resin film or the like is used. These solid polymer electrolyte membranes (PE membranes) show an electric resistivity of 20 [Ω · cm] or less at room temperature when they are saturated with water, and both are membranes that function as a proton conductive electrolyte. is there.

【0004】この種の装置として同じ出願人より出願さ
れた固体高分子電解質型燃料電池が、特開平6−967
77号公報により公知となっている。以下に、この特開
平6−96777号公報により公知となっている固体高
分子電解質型燃料電池の内容を基にして、従来例の固体
高分子電解質型燃料電池について説明する。まず、従来
例の固体高分子電解質型燃料電池が備える単位燃料電池
を、図8,図9を用いて説明する。ここで、図8は、従
来例の固体高分子電解質型燃料電池が備える単位燃料電
池の要部を展開した状態で模式的に示してその上部側か
ら見た断面図であり、図9は、図8中に示したセパレー
タの図8におけるP矢方向から見た図である。
A solid polymer electrolyte fuel cell filed by the same applicant as this type of device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-967.
It is known from Japanese Patent No. 77. The solid polymer electrolyte fuel cell of the prior art will be described below based on the content of the solid polymer electrolyte fuel cell known from Japanese Patent Laid-Open No. 6-96777. First, a unit fuel cell included in a conventional solid polymer electrolyte fuel cell will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Here, FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a main portion of a unit fuel cell included in a solid polymer electrolyte fuel cell of a conventional example in an unfolded state and seen from the upper side, and FIG. FIG. 9 is a view of the separator shown in FIG. 8 viewed from the P arrow direction in FIG. 8.

【0005】図8,図9において、8は、燃料電池セル
7と、その両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータ81,82などで構成された単位燃料電池(以
降、単電池と略称することがある。)である。燃料電池
セル7は、シート状の固体高分子電解質膜7Cと、シー
ト状の燃料電極膜(アノード極でもある。)7Aと、シ
ート状の酸化剤電極膜(カソード極でもある。)7Bと
で構成されている。この燃料電池セル7は、燃料電極膜
7Aに後記する燃料ガス97の、また、酸化剤電極膜7
Bに後記する酸化剤ガス98の供給をそれぞれ受けて、
後記する電気化学反応によって直流電力を発生する。固
体高分子電解質膜7Cには、前記のPE膜が用いられて
いる。このPE膜7Cは、0.1〔mm〕程度の厚さ寸
法と、電極膜7A,7Bの面方向の外形寸法よりも大き
い面方向の外形寸法とを持つものであり、従って、電極
膜7A,7Bの周辺部には、PE膜7Cの端部との間に
PE膜7Cの露出面が存在することになる。燃料電極膜
7Aの外側面が,燃料電池セル7の一方の側面7aであ
り、酸化剤電極膜7Bの外側面が,燃料電池セル7の他
方の側面7bである。
In FIGS. 8 and 9, reference numeral 8 is a unit fuel cell (hereinafter referred to as a unit cell) composed of a fuel cell 7 and separators 81 and 82 arranged so as to face each of both main surfaces thereof. It may be abbreviated). The fuel cell 7 includes a sheet-shaped solid polymer electrolyte membrane 7C, a sheet-shaped fuel electrode film (also an anode electrode) 7A, and a sheet-shaped oxidant electrode film (also a cathode electrode) 7B. It is configured. The fuel cell 7 includes a fuel gas 97, which will be described later, and an oxidizer electrode film 7A.
Receiving the supply of the oxidant gas 98 described later in B,
DC power is generated by the electrochemical reaction described later. The PE film described above is used for the solid polymer electrolyte membrane 7C. The PE film 7C has a thickness dimension of about 0.1 [mm] and an outer dimension in the plane direction larger than the outer dimension in the plane direction of the electrode films 7A and 7B. , 7B, there is an exposed surface of the PE film 7C between itself and the end of the PE film 7C. The outer surface of the fuel electrode film 7A is one side surface 7a of the fuel cell 7, and the outer surface of the oxidant electrode film 7B is the other side surface 7b of the fuel cell 7.

【0006】燃料電極膜7Aおよび酸化剤電極膜7Bは
共に、触媒活物質を含む触媒層と電極基材とを備えて構
成されており、前記の触媒層側でPE膜7Cの両主面に
ホットプレスにより密着させるのが一般である。電極基
材は、触媒層を支持すると共に反応ガス(以降、燃料ガ
スと酸化剤ガスを総称してこのように言うことが有
る。)の供給および排出を行い、しかも、集電体として
の機能も有する多孔質のシート(使用材料としては、例
えば、カーボンペーパーが用いられる。)である。
Both the fuel electrode film 7A and the oxidant electrode film 7B are composed of a catalyst layer containing a catalyst active material and an electrode base material. It is general that they are brought into close contact with each other by hot pressing. The electrode base material supports the catalyst layer, supplies and discharges a reaction gas (hereinafter, the fuel gas and the oxidant gas may be collectively referred to as such), and has a function as a current collector. It is also a porous sheet (for example, carbon paper is used as the material used).

【0007】燃料電極膜7A,酸化剤電極膜7Bに反応
ガスが供給されると、それぞれの電極膜7A,7Bに備
えられた触媒層と、PE膜7Cとの界面に、気相(燃料
ガスまたは酸化剤ガス)・液相(固体高分子電解質)・
固相(燃料電極膜,酸化剤電極膜が持つ触媒)の三相界
面が形成され、電気化学反応を生じさせることで直流電
力を発生させている。なお、触媒層は多くの場合に、微
小な粒子状の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂と
から形成されており、しかも層内に多数の細孔が形成さ
れるようにすることで、反応ガスの三相界面までの効率
的な拡散を維持すると共に、十分広い面積の三相界面が
形成されるように構成されている。
When the reactant gas is supplied to the fuel electrode film 7A and the oxidant electrode film 7B, a gas phase (fuel gas) is formed at the interface between the catalyst layer provided on each of the electrode films 7A and 7B and the PE film 7C. Or oxidant gas), liquid phase (solid polymer electrolyte),
A three-phase interface of a solid phase (a catalyst of the fuel electrode film and the oxidant electrode film) is formed, and a DC power is generated by causing an electrochemical reaction. Incidentally, in many cases, the catalyst layer is formed from a fine particulate platinum catalyst and a fluororesin having water repellency, and by forming a large number of pores in the layer, It is configured to maintain efficient diffusion of the reaction gas to the three-phase interface and form a sufficiently large area of the three-phase interface.

【0008】この三相界面では、次記する電気化学反応
が生じる。まず、燃料電極膜7A側では「1式」による
電気化学反応が起こる。
At the three-phase interface, the following electrochemical reaction occurs. First, on the side of the fuel electrode film 7A, an electrochemical reaction according to "1 formula" occurs.

【0009】[0009]

【化1】 Embedded image

【0010】また、酸化剤電極膜7B側では「2式」に
よる電気化学反応が起こる。
On the side of the oxidant electrode film 7B, an electrochemical reaction according to "Formula 2" occurs.

【0011】[0011]

【化2】 Embedded image

【0012】すなわち、これらの電気化学反応の結果、
燃料電極膜7Aで生成されたH+ イオン(プロトン)
は、PE膜7C中を酸化剤電極膜7Bに向かって移動
し、また、電子(e- )は、固体高分子電解質型燃料電
池の図示しない負荷装置を通って酸化剤電極膜7Bに移
動する。一方、酸化剤電極膜7Bでは、酸化剤ガス98
中に含有される酸素と、PE膜7C中を燃料電極膜7A
から移動してきたH+ イオンと、負荷装置を通って移動
してきた電子とが反応し、H2 O(水蒸気)が生成され
る。かくして、固体高分子電解質型燃料電池は、水素と
酸素とを得て直流電力を発生し、そうして、副生成物と
してH2 O(水蒸気)を生成している。
That is, as a result of these electrochemical reactions,
H + ions (protons) generated in the fuel electrode film 7A
Moves in the PE film 7C toward the oxidant electrode film 7B, and the electrons (e ) move to the oxidant electrode film 7B through a load device (not shown) of the solid polymer electrolyte fuel cell. . On the other hand, in the oxidizer electrode film 7B, the oxidizer gas 98
Oxygen contained in the PE film 7C and the fuel electrode film 7A
The H + ions that have moved from the inside react with the electrons that have moved through the load device, and H 2 O (water vapor) is generated. Thus, the solid polymer electrolyte fuel cell obtains hydrogen and oxygen to generate DC power, and thus H 2 O (steam) as a by-product.

【0013】前記の機能を備える燃料電池セル7の厚さ
寸法は、多くの場合に1〔mm〕前後程度あるいはそれ
以下であり、燃料電池セル7においてPE膜7Cは、燃
料ガス97と酸化剤ガス98との混合を防止するため
の、シール用膜の役目も兼ねていることになる。また、
セパレータ81とセパレータ82とは、燃料電池セル7
への反応ガスの供給と、余剰となった反応ガスの燃料電
池セル7からの排出、燃料電池セル7で発生された直流
電力の燃料電池セル7からの取り出し、直流電力の発生
に関連して燃料電池セル7で発生する熱を燃料電池セル
7から除去する役目などを担うものである。セパレータ
81,82は共に、ガスを透過せず,かつ、良好な熱伝
導性と良好な電気伝導性を備え、しかも、生成水を汚損
させることの無い材料(例えば、炭素系の材料,金属材
料が使用されている。)を用いて、同形の直方体状に製
作されている。そうして、セパレータ81,82は、燃
料電池セル7と対向し合う側面81a,82aと、側面
81a,82aと反対側の側面81b,82bと、側面
81a,82aのそれぞれから電極膜7A,7Bの厚さ
寸法に見合う寸法だけ段差を設けて形成された,電極膜
7A,7Bと対向し合う側面81c,82cとを有して
いる。また、セパレータ82について説明すると、側面
82aと側面82bに対して直交し,しかも,互いに平
行する一対の端面82d,82eを有している。セパレ
ータ81も、端面82d,82eと同様の端面を有して
いる。セパレータ82は、その側面82cを燃料電池セ
ル7の側面7bに,その側面82aをPE膜7Cの露出
面にそれぞれ密接させて、また、セパレータ81は、そ
の側面81cを燃料電池セル7の側面7aに,その側面
81aをPE膜7Cの露出面にそれぞれ密接させて、そ
れぞれ燃料電池セル7を挟むようにして配設されてい
る。
In many cases, the fuel cell 7 having the above-mentioned function has a thickness of about 1 mm or less, and in the fuel cell 7, the PE film 7C is composed of the fuel gas 97 and the oxidizer. It also serves as a sealing film for preventing mixing with the gas 98. Also,
The separator 81 and the separator 82 are used for the fuel cell 7
The supply of the reaction gas to the fuel cell 7, the discharge of the excess reaction gas from the fuel cell 7, the extraction of the DC power generated in the fuel cell 7 from the fuel cell 7, and the generation of the DC power. It plays a role of removing heat generated from the fuel cell 7 from the fuel cell 7. Both of the separators 81 and 82 are gas impermeable, have good thermal conductivity and good electrical conductivity, and do not pollute the produced water (for example, carbon-based materials and metallic materials). Is used.) Is manufactured into the same rectangular parallelepiped shape. Then, the separators 81 and 82 have the side surfaces 81a and 82a facing the fuel cell 7, the side surfaces 81b and 82b opposite to the side surfaces 81a and 82a, and the side surfaces 81a and 82a, respectively. And side surfaces 81c and 82c facing the electrode films 7A and 7B, which are formed by providing a step by a dimension corresponding to the thickness dimension. Further, the separator 82 will be described. The separator 82 has a pair of end faces 82d and 82e that are orthogonal to the side face 82a and the side face 82b and are parallel to each other. The separator 81 also has end faces similar to the end faces 82d and 82e. The side surface 82c of the separator 82 is brought into close contact with the side surface 7b of the fuel cell 7 and the side surface 82a thereof is brought into close contact with the exposed surface of the PE film 7C, and the side surface 81c of the separator 81 is kept close to the side surface 7a of the fuel cell 7. In addition, the side surfaces 81a thereof are closely contacted with the exposed surfaces of the PE film 7C, respectively, and the fuel cell 7 is sandwiched therebetween.

【0014】セパレータ81,82には、燃料電池セル
7に反応ガスの供給,排出を行うための通流路として、
燃料電池セル7と対向される側の面でもある側面81
c,82cに沿って、しかも、前記の端面82d,82
e(セパレータ82の場合)に直交される関係で、それ
ぞれのガスを通流させる部分通流路である凹状の溝が複
数個備えられている。すなわち、セパレータ81は、燃
料電池セル7の側面7aに接する側面81c側に沿っ
て、燃料ガス97を通流させると共に,未消費の水素を
含む余剰となった燃料ガス97を排出するための間隔を
設けて設けられた凹状の溝811Aと、この溝811A
間に介在する凸状の隔壁812Aとが、互いに交互に形
成されている。セパレータ82は、燃料電池セル7の側
面7bに接する側面82c側に沿って、酸化剤ガス98
を通流させると共に,未消費の酸素を含む余剰となった
酸化剤ガス98を排出するための間隔を設けて設けられ
た凹状の溝821Aと、この溝821A間に介在する凸
状の隔壁822Aとが、互いに交互に形成されている。
なお、凸状の隔壁812A,822Aの頂部は、それぞ
れ、セパレータ81,82のそれぞれの側面81c,8
2cと同一面になるように形成されている。なお、セパ
レータ81,82の側面81a,82aと側面81c,
82cとは、電極膜7A,7Bの周辺部の寸法に見合う
寸法を持つ縁部81f,82fで接続されている。
The separators 81 and 82 serve as flow passages for supplying and discharging the reaction gas to and from the fuel cell 7.
Side surface 81 which is also the surface facing the fuel cell unit 7
c, 82c, and the end faces 82d, 82
A plurality of concave grooves, which are partial flow passages through which each gas flows, are provided in a relationship orthogonal to e (in the case of the separator 82). That is, the separator 81 is an interval for allowing the fuel gas 97 to flow along the side surface 81c contacting the side surface 7a of the fuel cell 7 and discharging the excess fuel gas 97 containing unconsumed hydrogen. And a concave groove 811A provided with
The convex partition walls 812A interposed therebetween are alternately formed. The separator 82 is provided with an oxidizer gas 98 along the side surface 82c that is in contact with the side surface 7b of the fuel cell unit 7.
Through which a concave groove 821A is provided with a space for discharging excess oxidant gas 98 containing unconsumed oxygen, and a convex partition wall 822A interposed between the grooves 821A. And are formed alternately with each other.
The tops of the convex partition walls 812A and 822A are the side surfaces 81c and 8 of the separators 81 and 82, respectively.
It is formed so as to be flush with 2c. In addition, the side surfaces 81a and 82a of the separators 81 and 82 and the side surface 81c,
82c is connected to edge portions 81f and 82f having dimensions commensurate with the dimensions of the peripheral portions of the electrode films 7A and 7B.

【0015】また、セパレータ82に代表させて説明す
ると、セパレータ82に形成されているそれぞれの溝8
21Aの両端部は、これ等の溝821Aが互いに並列に
なって、マニホールド823A,823Aに連通されて
いる。それぞれのマニホールド823Aは、凹状をした
溝状に形成されており、燃料ガス97の通流面積に関し
て、溝821Aが持つ通流面積よりも広い面積を有して
いる。このマニホールド823A,823Aの端部に
は、側面82bに開口する1対の貫通穴825A,82
6Aが形成されている。貫通穴825Aは、セパレータ
82における酸化剤ガス98の流入口であり、貫通穴8
26Aは、セパレータ82における酸化剤ガス98の流
出口である。側面82aと側面82bとを結んで、図9
中に示すように、貫通穴825A,826Aに対して、
互いにたすき掛けの位置関係となる部位に貫通穴817
A,818Aが形成されている。この貫通穴817A,
818Aは、セパレータ82における燃料ガス97を通
流させるための貫通穴である。
The separator 82 will be described as a representative example. Each groove 8 formed in the separator 82 will be described.
At both ends of 21A, these grooves 821A are in parallel with each other and communicate with the manifolds 823A and 823A. Each of the manifolds 823A is formed in a concave groove shape, and has a larger flow area of the fuel gas 97 than the flow area of the groove 821A. At the end portions of the manifolds 823A, 823A, a pair of through holes 825A, 82 opening in the side surface 82b.
6A are formed. The through hole 825A is an inflow port for the oxidant gas 98 in the separator 82, and
26A is an outlet of the oxidant gas 98 in the separator 82. By connecting the side surface 82a and the side surface 82b, as shown in FIG.
As shown in the inside, for the through holes 825A and 826A,
The through hole 817 is formed in the portion where the mutual positional relationship is established.
A and 818A are formed. This through hole 817A,
818A is a through hole for allowing the fuel gas 97 in the separator 82 to flow therethrough.

【0016】このように構成されたセパレータ82内を
通流する酸化剤ガス98は、貫通穴825Aからセパレ
ータ82に流入してきて、一方のマニホールド823A
を介して複数の溝821Aに分配して通流し、他方のマ
ニホールド823Aにおいて合流されて、貫通穴826
Aから流出されることになる。この間、それぞれの溝8
21Aの酸化剤ガス98の流入側と流出側とには、前記
の構成を持つマニホールド823A,823Aがそれぞ
れ形成されていることで、酸化剤ガス98は、それぞれ
の溝821Aに均等に分配されて通流されることになる
のである。
The oxidant gas 98 flowing through the inside of the separator 82 thus constructed flows into the separator 82 through the through hole 825A, and one manifold 823A.
Through a plurality of grooves 821A to flow through, and are merged in the other manifold 823A to form a through hole 826.
It will be leaked from A. During this time, each groove 8
Since the manifolds 823A and 823A having the above-described configurations are formed on the inflow side and the outflow side of the oxidant gas 98 of 21A, the oxidant gas 98 is evenly distributed to the respective grooves 821A. It will be flowed.

【0017】その図示を省略したが、セパレータ81に
も、セパレータ82における貫通穴825A,826A
および貫通穴817A,818Aと同様の、溝811A
に連通された燃料ガス97の流入口,流出口となる貫通
穴と、この貫通穴に対してたすき掛けの位置関係となる
部位に酸化剤ガス98を通流させるための貫通穴とが形
成されている。そうして、セパレータ81,82に形成
された,前記した溝811A,821Aの形状・寸法
は、反応ガスを溝811A,821Aに通流させる際に
発生する圧力降下値Δps の値が、溝811A,821
Aのそれぞれが持つ、水保持力ヘッドpk (特開平6−
96777号公報中に示されているもので、後記の「式
7」を参照のこと。)値よりも大きくなるように設定さ
れている。
Although not shown, the separator 81 also has through holes 825A and 826A in the separator 82.
And groove 811A similar to through holes 817A and 818A
A through hole serving as an inlet and an outlet of the fuel gas 97 communicating with the fuel gas 97, and a through hole for allowing the oxidant gas 98 to flow at a portion having a positional relationship of being crossed with the through hole. ing. The shapes and dimensions of the grooves 811A and 821A formed in the separators 81 and 82 are such that the pressure drop value Δp s generated when the reaction gas is passed through the grooves 811A and 821A is 811A, 821
Each of A has a water holding head p k (JP-A-6-
As disclosed in Japanese Patent No. 96777, see the following "Formula 7". ) Is set to be larger than the value.

【0018】また、セパレータ81,82には、燃料電
池セル7で発生した熱を燃料電池セル7から除去するた
めの熱交換体として、熱媒99を通流させる溝が備えら
れている。すなわち、セパレータ82には、その側面8
2b側に熱媒99を通流させる凹状の溝821Bが形成
され、セパレータ81にも、その側面81b側に熱媒9
9を通流させる凹状の溝811Bが形成されている。セ
パレータ82に形成されている貫通穴825B,826
Bは、熱媒99を通流させる貫通穴であり、溝821B
に連通されている。
Further, the separators 81, 82 are provided with grooves for allowing the heat medium 99 to flow therethrough as a heat exchanger for removing the heat generated in the fuel cells 7 from the fuel cells 7. That is, the side surface 8 of the separator 82 is
A concave groove 821B that allows the heat medium 99 to flow therethrough is formed on the 2b side, and the heat medium 9 is also formed on the side surface 81b of the separator 81.
A groove 811B having a concave shape that allows the gas to flow therethrough is formed. Through holes 825B and 826 formed in the separator 82
B is a through hole that allows the heat medium 99 to flow therethrough, and is a groove 821B.
Is communicated to.

【0019】さらに、73は、前記したガス通流路中を
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体(例えば、Oリ
ングである。)である。ガスシール体73は、それぞれ
のセパレータ81,82の周縁部に形成された凹形状の
溝819,829内に収納されて装着されている。ま
た、セパレータ81の側面81b,セパレータ82の側
面82bには、溝811B,821Bを取り巻いて、凹
形状の溝818B,828Bがそれぞれ形成されてい
る。これ等の凹形状の溝は、熱媒99が漏れ出るのを防
止するための、弾性材製のシール体(例えば、Oリング
である。)を収納するためのものである。
Further, 73 is a gas seal body (for example, an O-ring) made of an elastic material which has a function of preventing the reaction gas flowing in the gas flow passage from leaking out of the gas flow passage. It is). The gas seal body 73 is housed and mounted in concave grooves 819 and 829 formed in the peripheral portions of the respective separators 81 and 82. Further, on the side surface 81b of the separator 81 and the side surface 82b of the separator 82, concave grooves 818B and 828B are formed surrounding the grooves 811B and 821B, respectively. These concave grooves are for accommodating a seal body (for example, an O-ring) made of an elastic material for preventing the heat medium 99 from leaking out.

【0020】ところで公知のごとく、1個の燃料電池セ
ル7が発生する電圧は、1〔V〕程度以下と低い値であ
る。このため、前記の構成を持つ単電池8は、その複数
個(数十個から数百個であることが多い。)を、燃料電
池セル7の発生電圧が互いに直列接続されるように積層
した単電池の積層体として構成し、電圧を高めて実用に
供されるのが一般である。次に、この単電池の積層体で
ある固体高分子電解質型燃料電池の従来例について説明
する。
By the way, as is well known, the voltage generated by one fuel battery cell 7 is as low as about 1 [V] or less. For this reason, the unit cells 8 having the above-described structure are stacked in plural (often several tens to several hundreds) so that the generated voltages of the fuel cells 7 are connected in series. It is generally constructed as a laminated body of unit cells and used for practical purposes by increasing the voltage. Next, a conventional example of a solid polymer electrolyte fuel cell which is a laminated body of the unit cells will be described.

【0021】図10は、従来の一例の固体高分子電解質
型燃料電池を模式的に示した要部の構成図で,(a)は
その側面図であり、(b)はその上面図であり、図11
は、図10におけるQ部の詳細断面図である。図10,
図11において、図8,図9に示した単電池と同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図1
0,図11中には、図8で付した符号については、代表
的な符号のみを記した。図10,図11において、9
は、複数(図10では、単電池8の個数が8個である場
合を例示した。)の単電池8を積層して構成された,単
電池8の積層体を主体とする固体高分子電解質型燃料電
池(以降、スタックと略称することがある。)である。
FIG. 10 is a schematic view of a main part schematically showing a conventional solid polymer electrolyte fuel cell, in which (a) is a side view thereof and (b) is a top view thereof. , Fig. 11
FIG. 11 is a detailed sectional view of a Q portion in FIG. 10. FIG.
11, the same parts as those of the unit cell shown in FIGS. 8 and 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. FIG.
0, in FIG. 11, about the code | symbol attached in FIG. 8, only the typical code | symbol was described. 9 in FIGS. 10 and 11.
Is a solid polymer electrolyte mainly composed of a laminated body of the unit cells 8 constituted by stacking a plurality of unit cells 8 (in FIG. 10, the number of unit cells 8 is eight). Type fuel cell (hereinafter sometimes referred to as a stack).

【0022】スタック9は、単電池8の積層体の両端部
に、単電池8で発生した直流電力をスタック9から取り
出すための,銅材等の導電材製の集電板91,91と、
単電池8,集電板91を構造体から電気的に絶縁するた
めの電気絶縁材製の電気絶縁板92,92と、両電気絶
縁板92の両外側面側に配設される鉄材等の金属製の加
圧板93,94とを順次積層して構成されている。そう
して、加圧板93,94にそれぞれの外側面側から複数
の締付けボルト95により適度の加圧力を与えるように
している。
The stack 9 has collector plates 91, 91 made of a conductive material such as copper for extracting DC power generated in the unit cell 8 from both ends of the stack of unit cells 8.
An electrical insulating plate 92, 92 made of an electrical insulating material for electrically insulating the unit cell 8 and the current collecting plate 91 from the structure, and an iron material and the like arranged on both outer side surfaces of both the electrical insulating plates 92. The pressure plates 93 and 94 made of metal are sequentially laminated and configured. Then, the pressurizing plates 93, 94 are given an appropriate pressing force from the respective outer surface sides by a plurality of tightening bolts 95.

【0023】図11において、825Aは、溝821A
に連通している酸化剤ガス98の流入口となる貫通穴で
あり、溝827Aは、貫通穴825Aの側面82bへの
開口部を取り巻いて、酸化剤ガス98がこの部位からガ
ス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾性材製
のガスシール体(例えば、Oリングである。)982を
収納するための凹形状の溝である。集電板91,電気絶
縁板92,加圧板93には、図11中に示されているよ
うに、貫通穴825Aと合致される部位に、貫通穴91
1,921,および管用めねじ付きの貫通穴931がそ
れぞれ形成されている。また、集電板91,電気絶縁板
92,加圧板93にはその図示を省略したが、溝811
Aに連通している貫通穴(貫通穴825Aと同様の貫通
穴である。)と合致される部位に、貫通穴911,92
1と同様の貫通穴,および管用めねじ付きの貫通穴93
1と同様の貫通穴932がそれぞれ形成されている。さ
らに、加圧板94にも、貫通穴931,932と同様の
貫通穴941,942がそれぞれ形成されており、加圧
板94と隣接されている電気絶縁板92,集電板91に
も、貫通穴941,942と合致される部位に、貫通穴
921,911と同様の貫通穴がそれぞれ形成されてい
る。
In FIG. 11, 825A is a groove 821A.
Is a through hole serving as an inflow port for the oxidant gas 98 communicating with the oxidant gas 98. It is a concave groove for accommodating a gas seal body (for example, an O-ring) 982 made of an elastic material, which has a role of preventing leakage of the gas. As shown in FIG. 11, in the current collector plate 91, the electrical insulating plate 92, and the pressure plate 93, the through hole 91 is formed at a portion that matches the through hole 825A.
1, 921, and a through hole 931 with a female thread for a pipe are formed respectively. Although not shown in the drawings, the current collector plate 91, the electrical insulating plate 92, and the pressure plate 93 are not shown.
The through holes 911 and 92 are provided at the portions that are matched with the through holes communicating with A (the through holes are the same as the through holes 825A).
Through hole similar to 1 and through hole 93 with female thread for pipe
Through holes 932 similar to those of No. 1 are formed. Further, through-holes 941 and 942 similar to the through-holes 931 and 932 are formed in the pressure plate 94, respectively, and through-holes are also formed in the electrical insulating plate 92 and the current collector plate 91 adjacent to the pressure plate 94. Through-holes similar to the through-holes 921 and 911 are formed in the portions that match with 941 and 942, respectively.

【0024】これ等により、複数の単電池8を積層する
際に、全部の単電池8がそれぞれに持つ溝821Aは酸
化剤ガス98用のガス通流路に関して互いに連通される
ことになる。このことは燃料ガス97用の溝811Aに
関しても同様である。そうして、加圧板94のスタック
9の外側面となる側面の貫通穴941には、燃料ガス9
7が供給され、貫通穴942からは、余剰分の酸化剤ガ
ス98が排出される。また、加圧板93のスタック9の
外側面となる側面の貫通穴931には、酸化剤ガス98
が供給され、貫通穴932からは、余剰分の燃料ガス9
7が排出される。そうして、集電板91の一方の側面の
貫通穴911の開口部、および、電気絶縁板92が持つ
貫通穴921の一方の側面側の開口部には、それぞれの
貫通穴を取り巻いて、凹形状の溝912,922が形成
されている。これ等の溝827A,912,922に
は、ガスシール体982が装着されている(図11を参
照)。
As a result, when stacking a plurality of unit cells 8, the grooves 821A of all the unit cells 8 are connected to each other with respect to the gas passage for the oxidizing gas 98. This also applies to the groove 811A for the fuel gas 97. Then, the fuel gas 9 is put in the through hole 941 on the side surface which is the outer surface of the stack 9 of the pressure plate 94.
7 is supplied, and excess oxidant gas 98 is discharged from the through hole 942. Further, the oxidant gas 98 is provided in the through hole 931 on the side surface which is the outer surface of the stack 9 of the pressure plate 93.
Is supplied, and the surplus fuel gas 9 is supplied from the through hole 932.
7 is discharged. Then, each through hole is surrounded by the opening portion of the through hole 911 on one side surface of the current collector plate 91 and the opening portion on the one side surface side of the through hole 921 of the electric insulating plate 92. Recessed grooves 912 and 922 are formed. A gas seal body 982 is attached to these grooves 827A, 912, 922 (see FIG. 11).

【0025】また、スタック9においては、複数の単電
池8を積層する際に、全部の単電池8がそれぞれに持つ
溝811B,821Bは、熱媒99の通流に関して互い
に並列となるようにして、その熱媒99の流入部(貫通
穴825Bなどである。)同志および流出部(貫通穴8
26Bなどである。)同志が、互いに連通されて接続さ
れる。したがって、全部の単電池8がそれぞれに持つ溝
811B,821Bの熱媒99の流入部は、熱媒99の
通流路に関して連続させて接続されている。また同様
に、全部の溝811B,821Bの熱媒99の流出部
は、熱媒99の通流路に関して連続させて接続されてい
る。加圧板94と加圧板94に隣接している電気絶縁板
92,集電板91とには、前記の熱媒99の流入部に連
通している明示しない貫通穴が形成されている。また、
加圧板93と加圧板93に隣接している電気絶縁板9
2,集電板91とには、前記の熱媒99の流出部に連通
している明示しない貫通穴が形成されている。これ等の
貫通穴の内、加圧板93,94に形成された貫通穴に
は、熱媒99用の配管接続体991がそれぞれ装着され
ている。
In the stack 9, when stacking a plurality of unit cells 8, the grooves 811B and 821B of all the unit cells 8 are arranged in parallel with each other with respect to the flow of the heat medium 99. , The inflow part (the through hole 825B, etc.) of the heat medium 99 and the outflow part (the through hole 8).
26B and the like. ) Comrades are connected to each other by communicating with each other. Therefore, the inflow portions of the heating medium 99 in the grooves 811B and 821B of all the unit cells 8 are continuously connected with respect to the flow path of the heating medium 99. Similarly, the outflow portions of the heat medium 99 in all the grooves 811B and 821B are continuously connected to the flow path of the heat medium 99. A through hole (not shown) communicating with the inflow portion of the heat medium 99 is formed in the pressure plate 94 and the electric insulating plate 92 and the current collector plate 91 adjacent to the pressure plate 94. Also,
Pressure plate 93 and electrical insulating plate 9 adjacent to the pressure plate 93
2. In the current collector plate 91, a through hole (not shown) communicating with the outflow portion of the heat medium 99 is formed. Among these through holes, the pipe connecting bodies 991 for the heating medium 99 are mounted in the through holes formed in the pressure plates 93 and 94, respectively.

【0026】締付けボルト95は、加圧板93,94に
跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれの締
付けボルト95は、これ等と嵌め合わされる六角ナット
等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね,ガス圧式
の加圧体等と協同して、単電池8をその積層方向に加圧
する。この締付けボルト95が単電池8を加圧する加圧
力は、燃料電池セル7の見掛けの表面積あたりで、5
〔kg/cm2〕内外程度であるのが一般である。
The tightening bolts 95 are hexagonal bolts or the like mounted over the pressure plates 93 and 94, and each tightening bolt 95 has a hexagonal nut or the like fitted thereto and a stable pressurizing force. The unit cells 8 are pressed in the stacking direction in cooperation with a disc spring for giving, a gas pressure type pressurizing body and the like. The pressing force applied by the tightening bolts 95 to the unit cells 8 is 5 per the apparent surface area of the fuel cell unit 7.
[Kg / cm 2 ] Generally, it is inside or outside.

【0027】前述のように構成されたスタック9におい
て、燃料電池セル7に使用されているPE膜7Cは、前
述したとおりに飽和に含水させることにより良好なプロ
トン導電性電解質として機能する膜であり、乾燥して含
水量が低下した場合には、その電気抵抗値が増大するこ
とでスタック9の発電性能は低下する。こうしたことの
発生を防止するために、燃料電池セル7に供給される反
応ガスは、適度の湿度値に加湿され、しかも、後記する
スタック9の運転温度に対応させた温度に加熱されてス
タック9に供給されている。
In the stack 9 configured as described above, the PE membrane 7C used in the fuel cell 7 is a membrane that functions as a good proton conductive electrolyte by being saturated with water as described above. When the water content decreases due to drying, the electric resistance value increases, so that the power generation performance of the stack 9 decreases. In order to prevent such occurrences, the reaction gas supplied to the fuel cell unit 7 is humidified to an appropriate humidity value, and further heated to a temperature corresponding to the operating temperature of the stack 9 described later, so that the stack 9 Is being supplied to.

【0028】ところで、PE膜7C部の温度,従って,
単電池8の温度は、発電運転時に燃料電池セル7で生成
される水分を円滑に蒸発させるなどのために、50〜1
00〔℃〕程度の温度で使用されるのが一般である。ま
た、燃料電池セル7で行われる前記の「1式」,「2
式」で記述した電気化学反応は、発熱反応である。従っ
て、燃料電池セル7で「1式」,「2式」による電気化
学反応によって発電を行う際には、発生される直流電力
値とほぼ同等値の熱が発生することも避けられないもの
である。単電池8の温度を50〜100〔℃〕程度に維
持するためには、この損失による熱を燃料電池セル7か
ら除去する必要が有る。
By the way, the temperature of the PE film 7C,
The temperature of the unit cell 8 is 50 to 1 in order to smoothly evaporate the water generated in the fuel cell unit 7 during the power generation operation.
It is generally used at a temperature of about 00 [° C]. In addition, the above-mentioned “1 set”, “2” performed in the fuel cell 7
The electrochemical reaction described in “Formula” is an exothermic reaction. Therefore, when power is generated by the electrochemical reaction in the fuel cell unit 7 according to "1 type" and "2 type", it is unavoidable that heat of a value almost equal to the generated DC power value is generated. is there. In order to maintain the temperature of the unit cell 8 at about 50 to 100 [° C.], it is necessary to remove the heat due to this loss from the fuel cell unit 7.

【0029】始動時におけるまだ低温のスタック9を5
0〜100〔℃〕程度の温度に加熱したり、また、運転
時温度を50〜100〔℃〕程度の温度に維持するため
に,発電運転中のスタック9から発熱反応による発生し
た熱量を除去するのが、例えば、市水である熱媒99の
主たる役目である。単電池8では、例えば、50〜10
0〔℃〕程度の温度に調整された熱媒99が、セパレー
タ81,82に形成された溝811B,821B中を通
流することで、燃料電池セル7は、その適温に維持され
て運転されるのである。この熱媒99は、この事例の場
合には、加圧板94に装着された配管接続体991から
スタック9に流入し、加圧板93に装着された配管接続
体991からスタック9の外部に流出されている。
The stack 9 which is still cold at the start is
The amount of heat generated by the exothermic reaction is removed from the stack 9 during power generation operation in order to heat it to a temperature of 0 to 100 [° C] or to maintain the operating temperature at a temperature of 50 to 100 [° C]. What is done is, for example, the main role of the heat medium 99 which is city water. In the unit cell 8, for example, 50 to 10
The heat medium 99 adjusted to a temperature of about 0 [° C.] flows through the grooves 811B and 821B formed in the separators 81 and 82, so that the fuel cell 7 is operated while being maintained at its appropriate temperature. It is. In this case, the heat medium 99 flows into the stack 9 from the pipe connection body 991 attached to the pressure plate 94 and flows out of the stack 9 from the pipe connection body 991 attached to the pressure plate 93. ing.

【0030】なおセパレータとして、一方の側面に燃料
ガス97を通流させる溝811Aを、また、他方の側面
に酸化剤ガス98を通流させる溝821Aを、それぞれ
形成するようにしたものも知られている。さらにまた、
単電池として、熱交換体としての熱媒99を通流させる
溝が備えられていないセパレータを用い、その替わり
に、単電池の積層体中に、熱交換体としての専用の冷却
体を介挿するようにしたスタックも知られている。この
場合には、冷却体には適宜の配管を介して熱媒99の供
給を行うことが一般である。
As the separator, there is also known one in which a groove 811A for allowing the fuel gas 97 to flow therethrough is formed on one side surface and a groove 821A for allowing the oxidant gas 98 to flow therethrough on the other side surface. ing. Furthermore,
As the unit cell, a separator not provided with a groove for allowing the heat medium 99 as the heat exchange body to flow therethrough is used, and instead, a dedicated cooling body as the heat exchange body is inserted in the stacked body of the unit cells. It is also known to do the stack. In this case, the cooling medium is generally supplied with the heat medium 99 via an appropriate pipe.

【0031】従来例の固体高分子電解質型燃料電池が備
える単位燃料電池(単電池)として、図12に示した構
成を持つ単電池も知られている。ここで、図12は、従
来例の固体高分子電解質型燃料電池が備える異なる事例
の単位燃料電池の要部を展開した状態で模式的に示して
その上部側から見た断面図である。図12において、図
8,図9に示した従来例による単位燃料電池と同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。
As a unit fuel cell (unit cell) included in the solid polymer electrolyte fuel cell of the conventional example, a unit cell having the structure shown in FIG. 12 is also known. Here, FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a unit fuel cell of a different case included in the solid polymer electrolyte fuel cell of the conventional example in an expanded state and seen from the upper side thereof. In FIG. 12, the same parts as those in the unit fuel cell according to the conventional example shown in FIGS. 8 and 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0032】図12において、8Aは、図8,図9に示
した従来例による単電池8に対して、セパレータ81,
82に替えて、セパレータ83,84を用いるようにし
た単電池である。セパレータ84は、単電池8が持つセ
パレータ82に対して、セパレータ本体部84Aと反応
ガス通流部84Bとで構成されている。反応ガス通流部
84Bは、ガスを透過することができ、かつ、良好な熱
伝導性と良好な電気伝導性を備え、しかも、生成水を汚
損させることの無い材料(例えば、多孔質の炭素系の材
料,金属材料が使用されている。)を用いて製作されて
いる。そうして、反応ガス通流部84Bには、セパレー
タ82が持つものと同一の,複数の溝821A,隔壁8
22Aと、マニホールド823A,823Aとが形成さ
れており、反応ガス通流部84Bをセパレータ本体部8
4Aに組み込むことで、セパレータ84は、セパレータ
82の持つ機能を全て備えることになる。セパレータ8
3も、単電池8が持つセパレータ81に対して、セパレ
ータ本体部83Aと、反応ガス通流部84Bと同様の構
造を持つ反応ガス通流部83Bとで構成され、反応ガス
通流部83Bをセパレータ本体部83Aに組み込むこと
で、セパレータ81の持つ機能を全て備えることにな
る。
In FIG. 12, 8A is a separator 81, which is different from the unit cell 8 according to the conventional example shown in FIGS.
It is a unit cell in which separators 83 and 84 are used instead of 82. The separator 84 is composed of a separator main body portion 84A and a reaction gas flow portion 84B with respect to the separator 82 of the unit cell 8. The reaction gas flow portion 84B is a material that is permeable to gas, has good thermal conductivity and good electrical conductivity, and that does not pollute the produced water (for example, porous carbon). It is manufactured by using the material of the system and the metal material.). Then, in the reaction gas flow portion 84B, a plurality of grooves 821A and partition walls 8 that are the same as those of the separator 82 are provided.
22A and manifolds 823A and 823A are formed, and the reaction gas flow portion 84B is connected to the separator body portion 8
By being incorporated in 4A, the separator 84 has all the functions of the separator 82. Separator 8
3 also includes a separator body 83A and a reaction gas passage 83B having the same structure as the reaction gas passage 84B with respect to the separator 81 of the unit cell 8. By incorporating it into the separator body 83A, all the functions of the separator 81 are provided.

【0033】セパレータ83,84においては、反応ガ
スは、溝811A,821A中を通流しつつ、ガスの透
過性を持つ反応ガス通流部83B,84Bを透過して、
燃料電極膜7Aと酸化剤電極膜7Bに供給されるのであ
る。その際、セパレータ83,84が電極膜7A,7B
の外側面と接触し合う面である側面81c,82cは、
隔壁812A,822Aの頂部でのみ接触するセパレー
タ81,82の場合とは異なり、電極膜7A,7Bの全
側面と接触し合うことことが利点となっている。これに
より、電極膜7A,7Bに発生する応力値を、局部的な
応力が発生することにななるセパレータ81,82を用
いる場合よりも低減することができるのである。この単
電池8Aも、単電池8の場合と同様に、スタック9に組
み込まれて使用されている。
In the separators 83 and 84, the reaction gas flows through the grooves 811A and 821A and at the same time passes through the reaction gas flow portions 83B and 84B having gas permeability.
It is supplied to the fuel electrode film 7A and the oxidant electrode film 7B. At that time, the separators 83 and 84 are connected to the electrode films 7A and 7B.
Side surfaces 81c and 82c, which are surfaces that come into contact with the outer surface of
Unlike the case where the separators 81 and 82 contact only at the tops of the partition walls 812A and 822A, it is advantageous to contact all the side surfaces of the electrode films 7A and 7B. This makes it possible to reduce the stress value generated in the electrode films 7A and 7B as compared with the case where the separators 81 and 82 in which local stress is generated are used. The unit cell 8A is also used by being incorporated in the stack 9 as in the case of the unit cell 8.

【0034】前述の構成を持つスタック9では、前述の
とおりに発電の副生成物として水蒸気が生成されるが、
この水蒸気は反応ガスに含まれて、余剰となった反応ガ
スと共にスタック9から排出される。これにより、単電
池8,8A内の反応ガスには、その通流方向に沿って含
まれる水蒸気量に、下流側となるほど多量となるような
分布が生じることとなる。このために、反応ガスを飽和
に近く加湿してスタック9に供給した場合などでは、溝
811A,821A中を通流する反応ガスでは、反応ガ
スの流出口(貫通穴826Aなどである。)に近くなる
と、過飽和な水蒸気が含まれることが有り得ることにな
る。そうしてこの場合には、流出口近くの反応ガス中に
は過飽和に相当する水蒸気が凝縮して、液状の凝縮水が
存在することとなる。この凝縮水の存在は、反応ガスの
通流を阻害することになって、燃料電池セル7への反応
ガスの供給量が不足し、燃料電池セル7の発電能力の低
下を招くことになる。これを解消するためには、単電池
8,8A内から凝縮水を速やかに排出することが肝要と
なる。
In the stack 9 having the above-mentioned structure, steam is produced as a by-product of power generation as described above.
This water vapor is contained in the reaction gas and is discharged from the stack 9 together with the excess reaction gas. As a result, the reaction gas in the unit cells 8 and 8A has a distribution in which the amount of water vapor contained along the flow direction of the reaction gas increases toward the downstream side. Therefore, in the case where the reaction gas is humidified to near saturation and supplied to the stack 9, the reaction gas flowing through the grooves 811A and 821A is at the reaction gas outlet (such as the through hole 826A). In the vicinity, it is possible that supersaturated water vapor may be contained. Then, in this case, water vapor corresponding to supersaturation is condensed in the reaction gas near the outlet, and liquid condensed water is present. The presence of this condensed water obstructs the flow of the reaction gas, and the supply amount of the reaction gas to the fuel cell 7 becomes insufficient, resulting in a decrease in the power generation capacity of the fuel cell 7. In order to eliminate this, it is important to quickly discharge the condensed water from the unit cells 8 and 8A.

【0035】凝縮水を単電池(単電池8,8Aなどであ
る。)内から排出する方法としては、次記の方法が有
る。 毛管力による吸い出し。 単電池の発熱を利用しての蒸発。 反応ガスの圧力を利用して押し出し。
As a method for discharging the condensed water from the inside of the unit cell (the unit cells 8, 8A, etc.), there is the following method. Suction by capillary force. Evaporation by utilizing the heat generated from a single cell. Extruded using the pressure of the reaction gas.

【0036】前記の項による方法は、反応ガスとして
水素と酸素とを用いる初期の宇宙用燃料電池に用いられ
た。前記の項による方法は、例えば、同じ出願人より
出願された,特願平6−245813号による固体高分
子電解質型燃料電池の運転方法に開示されている方法で
ある。この方法は、単電池の運転温度を高めるか、単電
池に供給する反応ガスの加湿度を低くすることで、凝縮
水が単電池内に生成されることを防止する方法である
が、その欠点は、PE膜が乾燥されるのを防ぎつつ水が
適度に蒸発するようにするために、微妙な温度・湿度の
管理・調整が必要になることである。前記の項による
方法は、反応ガスを通流させる通流路(溝811A,溝
821Aなどである。)中を通流する反応ガスに発生す
る圧力降下を用いて、凝縮水を通流路から押し出して排
出する方法である。圧力降下値は、反応ガス通流路の断
面寸法,長さ寸法と反応ガスの流量によって定まり、圧
力降下値が大きいほど、凝縮水を排出する能力が増大さ
れる。この発明は、この項による方法に属するもので
あるから、以下に、この方法についてさらに説明を続け
る。
The method according to the preceding paragraph was used for early space fuel cells using hydrogen and oxygen as reaction gases. The method according to the above item is, for example, the method disclosed in the method for operating a solid polymer electrolyte fuel cell according to Japanese Patent Application No. 6-245813 filed by the same applicant. This method is a method of preventing condensed water from being generated in the unit cell by raising the operating temperature of the unit cell or lowering the humidity of the reaction gas supplied to the unit cell. That is, in order to prevent the PE film from being dried and to evaporate the water moderately, it is necessary to manage and adjust the delicate temperature and humidity. The method according to the above item uses the pressure drop generated in the reaction gas flowing in the flow passage (the groove 811A, the groove 821A, etc.) that allows the reaction gas to flow therethrough, from the flow passage of the condensed water. It is a method of pushing out and discharging. The pressure drop value is determined by the cross-sectional dimension and length dimension of the reaction gas passage and the flow rate of the reaction gas, and the larger the pressure drop value, the greater the ability to discharge the condensed water. Since the present invention belongs to the method according to this section, the method will be further described below.

【0037】一般的な事例として、互いに並列に接続さ
れた複数の管路のそれぞれに、気体が互いに平行して通
流されている場合を考えることにする。そうして、この
中の1本が水によって閉塞された場合を考える。この場
合には、管路を閉塞している水に働く力は、毛管力,
気体から受ける圧力(前記の圧力降下値に等し
い。),重力の3種類が有る。項の毛管力f1 は、
公知のごとく、水の表面張力σと、水と管路の壁との間
の接触角φによって定まり、管路の半径がrのときは、
次記の「式3」で表すことができる。項の気体から受
ける圧力に基づき水に働く力f2 は、気体の圧力降下値
がΔps である場合には、管路の断面積をSと置くと、
公知のごとく、次記の「式4」で表すことができる。ま
た、項の重力に基づき水に働く力f3 は、管路中に滞
留している水の高さ寸法がhで、気体の通流方向が重力
の働く方向に対してなす角度がθである場合には、水の
密度をρ w とし、重力の加速度をgと置くと、公知のご
とく、次記の「式5」で表わすことができる。毛管力f
1 は管径に比例して大きくなるのであるが、重力に基づ
き水に働く力f3 が管径の2乗に比例して大きくなるの
で、一般に毛管現象と呼ばれる水の吸い上げ現象は、管
径が小さいほど顕著に現れることになる。
As a general case, they are connected in parallel with each other.
The gas passes through each of the
Let's consider the case of being swept away. And this
Consider the case where one of them is blocked by water. This place
In this case, the force acting on the water blocking the duct is the capillary force,
Pressure received from gas (equal to the pressure drop value above)
Yes. ), There are three types of gravity. Capillary force f of term1Is
As is well known, between the surface tension σ of water and the water and the wall of the pipeline.
Is determined by the contact angle φ of, and when the radius of the conduit is r,
It can be represented by the following “formula 3”. Received from the term gas
Force f exerted on water based on pressure2Is the pressure drop of the gas
Is ΔpsIf the cross-sectional area of the pipeline is S, then
As is known, it can be expressed by the following “formula 4”. Ma
Also, the force f acting on water based on the gravity of the term fThreeStuck in the pipeline
The height of the retained water is h, and the flow direction of the gas is gravity.
If the angle made with respect to the working direction of is θ,
Density ρ wIf the acceleration of gravity is g, then
Finally, it can be expressed by the following “Formula 5”. Capillary force f
1Is larger in proportion to the pipe diameter, but
Force f on waterThreeIncreases in proportion to the square of the pipe diameter
The water wicking phenomenon, commonly called the capillary phenomenon,
The smaller the diameter, the more prominent it appears.

【0038】[0038]

【数1】 f1 =2πrσ・cosφ ………………… (3)[Formula 1] f 1 = 2πrσ · cosφ ………………… (3)

【0039】[0039]

【数2】 f2 =SΔps …………………… (4)[Formula 2] f 2 = SΔp s …………………… (4)

【0040】[0040]

【数3】 f3 =ρw ghπr2 ・cosθ ………… (5) 管路を閉塞している水に働く力は、f1 ,f2 およびf
3 が総合されたものであり、この水が排出される条件
は、(f1 −f3 )<f2 となることであるから、次記
の「式6」で表わすことができる。
## EQU3 ## f 3 = ρ w ghπr 2 · cos θ (5) The forces acting on the water blocking the pipeline are f 1 , f 2 and f
3 is a total, and the condition for discharging this water is that (f 1 −f 3 ) <f 2 and therefore can be expressed by the following “formula 6”.

【0041】[0041]

【数4】 (Equation 4)

【0042】管路を閉塞している水の排出を容易にする
ために管路がとるべき姿勢に関しては、「式6」からc
osθ≒1になるようにすること、すなわち、θを零
〔度〕に設定することが好ましいことになる。前述のス
タック9の構成を、反応ガスが図10(a)中に矢印で
示したごとくに、それぞれのセパレータ81,82(セ
パレータ83,84の場合も同様である。)に形成され
たガス通流用の溝811A,821A中を、その供給側
を重力方向に関して上側に、その排出側を重力方向に関
して下側になるように配置したのはこの理由に基づいて
いるのである。
Regarding the posture that the pipeline should take in order to facilitate the drainage of water that has blocked the pipeline, from "Equation 6" to c.
It is preferable to set osθ≈1, that is, set θ to zero [degrees]. In the structure of the stack 9 described above, the reaction gas is a gas passage formed in each of the separators 81 and 82 (the same applies to the separators 83 and 84) as indicated by the arrows in FIG. It is based on this reason that the diversion grooves 811A and 821A are arranged so that the supply side thereof is the upper side in the direction of gravity and the discharge side thereof is the lower side in the direction of gravity.

【0043】なお、前記した水保持力ヘッドpk は、こ
の発明においては、前記の「式3」と「式5」で定義さ
れたf1 とf3 とを用いて、「式7」によって示せるも
のである。
In the present invention, the above-mentioned water retention head p k is calculated by "Equation 7" using f 1 and f 3 defined in "Equation 3" and "Equation 5". It can be shown.

【0044】[0044]

【数5】 pk =f1 −f3 …………………………… (7)[Formula 5] p k = f 1 −f 3 …………………………… (7)

【0045】[0045]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る固体高分子電解質型燃料電池(スタック)において
は、例えば、前述のスタック9では、セパレータ81,
82などが持つ溝811A,821Aで発生する圧力降
下値Δps の値が、溝811A,821Aのそれぞれが
持つ水保持力ヘッドpk 値よりも大きくなるように設定
し、かつ、溝811A,821A形状および反応ガスの
流量を、前記の「式6」による関係が満足されるように
すると共に、溝811A,821Aに対して、重力方向
に関して上側から反応ガスが流入され、重力方向に関し
て下側から反応ガスが流出されるようにしているので、
多くの場合に、反応ガスの温度・湿度を微妙に管理・調
整することなく、スタック9の運転を行うことができて
いる。
In the above-mentioned conventional solid polymer electrolyte fuel cell (stack), for example, in the stack 9 described above, the separator 81,
The pressure drop value Δp s generated in the grooves 811A and 821A of the groove 82 and the like is set to be larger than the water retention head p k value of each of the grooves 811A and 821A, and the grooves 811A and 821A are set. The shape and the flow rate of the reaction gas are made to satisfy the relationship according to the above-mentioned “Equation 6”, and the reaction gas is introduced into the grooves 811A and 821A from the upper side in the direction of gravity and from the lower side in the direction of gravity. Since the reaction gas is made to flow out,
In many cases, the stack 9 can be operated without finely controlling and adjusting the temperature and humidity of the reaction gas.

【0046】しかしながら、次記する問題が新たに見出
されている。これは、セパレータ81,82の場合のご
とく、複数の溝811A,821Aのそれぞれに反応ガ
スが互いに平行して通流されている場合において、溝8
11A,821Aのそれぞれに通流される反応ガスの流
量を均等化するためには、全ての溝811A,821A
の壁面に付着された水滴も除去することが必要であると
いうことである。壁面に付着された水滴の存在は、反応
ガスに対する溝811A,821Aの実効通流面積が減
少されることであり、一部の溝811A,821Aの壁
面に水滴が付着されていることは、その溝の反応ガスの
実効通流面積が減少されることになるので、反応ガスの
流量の均等化が阻害されるのである。
However, the following problem has been newly found. This is because when the reaction gas flows in parallel to each of the plurality of grooves 811A and 821A as in the case of the separators 81 and 82, the grooves 8
In order to equalize the flow rate of the reaction gas flowing through each of 11A and 821A, all grooves 811A and 821A are formed.
It means that it is necessary to remove the water droplets attached to the wall surface of the. The presence of water droplets attached to the wall surface means that the effective flow area of the grooves 811A, 821A for the reaction gas is reduced, and that water droplets are attached to the wall surfaces of some of the grooves 811A, 821A means that Since the effective flow area of the reaction gas in the groove is reduced, the equalization of the flow rate of the reaction gas is hindered.

【0047】この水滴は、過飽和水蒸気が凝縮された際
などに、壁面に付着されて生成された水滴などである。
そうして次記するように、スタック9などの従来技術に
よる構成においては、溝811A,821Aを完全に閉
塞する凝縮水に対してはこれを除去できるのであるが、
壁面に付着された前記の水滴を除去することはできない
ことが明らかにされてきたのである。このために、壁面
に水滴が付着された溝では、壁面に水滴が付着されてい
ない溝と比較して反応ガスの流量が低減されることにな
り、壁面に水滴が付着された溝に関しては、例えば燃料
ガス97に対する水素利用率値が、該当するセパレータ
における平均の水素利用率値に対して上昇することにな
るのである。そうして水素利用率値の上昇は、公知のご
とく、燃料電池セルにとっては、その発電電圧値が低下
することである。この結果、従来例のスタック9(また
は、これに用いられた単電池8)では、後記する図2中
に点線で示したごとく、低い電流密度値において、限界
値である0.2〔V〕の発電電圧値にまで低下してしま
うのである。
The water droplets are water droplets and the like that are generated by being attached to the wall surface when the supersaturated steam is condensed.
Then, as will be described below, in the conventional structure such as the stack 9, the condensed water that completely closes the grooves 811A and 821A can be removed.
It has been clarified that the water droplets attached to the wall surface cannot be removed. For this reason, in the groove with water droplets attached to the wall surface, the flow rate of the reaction gas is reduced as compared to the groove with no water droplet attached to the wall surface. For example, the hydrogen utilization rate value for the fuel gas 97 will increase with respect to the average hydrogen utilization rate value in the corresponding separator. Then, as is well known, the increase of the hydrogen utilization rate value means that the generated voltage value of the fuel cell decreases. As a result, in the stack 9 of the conventional example (or the unit cell 8 used therein), as shown by a dotted line in FIG. The power generation voltage value of

【0048】ところで、溝811A,821Aの壁面に
付着された水滴を除去しようとする場合には、溝811
A,821Aは凝縮水によっては閉塞されていないの
で、前記の「式4」に従うf2 は存在し得ないことにな
る。この水滴の除去に対して有効であるのは、前記の
「式5」に従うf3 と、溝811A,821A内を通流
する反応ガスに生じている公知の動圧Δpu である。
By the way, when it is desired to remove water droplets attached to the wall surfaces of the grooves 811A and 821A, the grooves 811
Since A and 821A are not blocked by the condensed water, f 2 according to the above “equation 4” cannot exist. Effective for removing the water droplets are f 3 according to the above-mentioned “Equation 5” and the known dynamic pressure Δp u generated in the reaction gas flowing in the grooves 811A and 821A.

【0049】反応ガスの通流路の断面形状が円形である
場合を例にとると、円形管の場合の動圧Δpu は、公知
のごとく次記の「式8」で表わすことができる。
Taking the case where the cross-sectional shape of the flow path of the reaction gas is circular as an example, the dynamic pressure Δp u in the case of a circular tube can be expressed by the following "formula 8" as is well known.

【0050】[0050]

【数6】 Δpu =(λl/d)(ρg 2 /2)………(8) ここで、λは管の摩擦係数、lは管路の長さ、dは円形
管の直径、ρg は反応ガスの密度、uは反応ガスの流速
である。反応ガスの通流路の断面形状が長方形である場
合には、長方形の長辺の長さをa、長方形の短辺の長さ
をbとすると、「式8」におけるdとして、次記の「式
9」で表わされた相当直径dを用いることで、「式8」
をそのまま用いることができる。
[6] Δp u = (λl / d) (ρ g u 2/2) ......... (8) , where the friction coefficient of λ tube, l is the pipe length of, d is a circular tube diameter , Ρ g is the density of the reaction gas, and u is the flow rate of the reaction gas. When the cross-sectional shape of the flow path of the reaction gas is a rectangle, assuming that the length of the long side of the rectangle is a and the length of the short side of the rectangle is b, d in “Equation 8” is given as By using the equivalent diameter d represented by "Equation 9", "Equation 8"
Can be used as it is.

【0051】[0051]

【数7】 d=4ab/〔2(a+b)〕 …………… (9) λに関しては、管路中を通流する反応ガスが層流状態に
在る場合には、νを反応ガスの動粘性係数とするとき、
λは、公知のごとく次記の「式10」で表わすことがで
きる。
## EQU00007 ## d = 4ab / [2 (a + b)] (9) With respect to λ, if the reaction gas flowing through the pipeline is in a laminar state, ν is the reaction gas. When the kinematic viscosity of
As is known, λ can be represented by the following “Formula 10”.

【0052】[0052]

【数8】 λ=64/Re=64ν/(ud) …… (10) 「式10」を「式8」に代入して、動圧Δpu の関係式
を、円形管に関して「式11」に示すごとくに得ること
ができる。また、「式11」を長方形の断面形状を持つ
反応ガスの通流路に対応させて変換して、「式12」を
得ることができる。
## EQU8 ## λ = 64 / Re = 64ν / (ud) (10) Substituting "Equation 10" into "Equation 8", the relational expression of the dynamic pressure Δp u is "Equation 11" for the circular pipe. Can be obtained as shown in. Further, "Formula 12" can be obtained by converting "Formula 11" in correspondence with the flow path of the reaction gas having a rectangular cross-sectional shape.

【0053】[0053]

【数9】 Δpu =32νρg u(l/d2 ) …… (11)## EQU9 ## Δp u = 32νρ g u (l / d 2 ) (11)

【0054】[0054]

【数10】 Δpu =8πνρg l(u/S) …… (12) 「式11」,「式12」から明らかなように、反応ガス
が層流状態で管路中を通流する場合には、発生される動
圧Δpu は、反応ガスの流速と管路長とに比例し、管径
の2乗または管路の断面積に反比例する。溝811A,
821A内を通流する反応ガスは、ほとんどの場合に層
流状態であるので「式11」,「式12」が成立する。
このとき、壁面に付着された水滴を除去すべく動圧Δp
u の値を増大させる方法としては、次記の3通りが考え
られる。
[Equation 10] Δp u = 8πνρ g l (u / S) (12) As is clear from “Equation 11” and “Equation 12”, when the reaction gas flows through the pipeline in a laminar state. In addition, the generated dynamic pressure Δp u is proportional to the flow velocity of the reaction gas and the pipe length, and is inversely proportional to the square of the pipe diameter or the cross-sectional area of the pipe. Groove 811A,
Since the reaction gas flowing through the inside of the 821A is in a laminar flow state in almost all cases, "Equation 11" and "Equation 12" are established.
At this time, in order to remove water droplets attached to the wall surface, the dynamic pressure Δp
There are three possible methods for increasing the value of u .

【0055】反応ガスの流速uを増大する。 管路長lを長くする。 管路の相当直径dを短くする。(すなわち管路の断面
積Sを小さくする。) 前記の項の流速uを増大する方法は、反応ガスの供給
量を増大するか、前記の項による管路の相当直径dを
短くすることで、実現することが可能である。固体高分
子電解質型燃料電池(スタック)においては、供給され
る反応ガスの供給量は、スタックの発電効率に密接な関
係が有り、反応ガスの供給量が多くなるほど発電効率が
低下するので、反応ガスの供給量を増大する方法は好ま
しくない。また、前記の項の管路長lを長くする方法
では、従来の技術においては、長方形をした電極膜の長
辺の寸法がその限界長さとなっていた。これは、凝縮水
によって溝811A,821Aが閉塞されることを回避
するための前述した従来の対処方法に由来するものであ
り、凝縮水が溝811A,821A中を重力によって自
然落下することを可能にするためである。一定の電極膜
面積においては、電極膜の形状を細長くすることで、あ
る程度の管路長lの増大を図り得たとしても、大きな増
加量を得るには限度が有る。
The flow velocity u of the reaction gas is increased. Increase the pipe length l. The equivalent diameter d of the conduit is shortened. (That is, the cross-sectional area S of the pipeline is reduced.) The method of increasing the flow velocity u in the above term is to increase the supply amount of the reaction gas or to shorten the equivalent diameter d of the pipeline in the above term. , Can be realized. In the solid polymer electrolyte fuel cell (stack), the supply amount of the reaction gas to be supplied is closely related to the power generation efficiency of the stack. As the supply amount of the reaction gas increases, the power generation efficiency decreases. A method of increasing the gas supply amount is not preferable. Further, in the method of increasing the conduit length 1 in the above item, in the conventional technique, the dimension of the long side of the rectangular electrode film is the limit length. This is derived from the above-mentioned conventional coping method for avoiding that the grooves 811A and 821A are blocked by the condensed water, and the condensed water can naturally drop in the grooves 811A and 821A by gravity. This is because Even if it is possible to increase the conduit length l to some extent by making the shape of the electrode film elongate in a constant electrode film area, there is a limit in obtaining a large increase amount.

【0056】以上のことから、動圧Δpu の値を増大さ
せる方法としては、多くの場合に、前記の項による方
法が採用されてきている。この方法は同時に流速uを増
大できる効果も有る。溝811A,821Aの幅寸法や
深さ寸法を小さくすることで、管路の断面積Sを小さく
することはできる。しかし、この場合に流速uの増大に
関する制約条件になる事項として、互いに並列に接続さ
れた複数の溝811A,821Aのそれぞれに,反応ガ
スをいかに均等に分配して通流させることができるかと
いうことがある。すなわち、溝811A,821Aの幅
寸法や深さ寸法を小さくするに従って、加工誤差が原因
となって各溝間での断面積S値がばらつくことになり、
溝毎に分配される反応ガスが不均一となって、前述した
ところと同様の理由で燃料電池セル7の発電性能が低下
することになるからである。このために、反応ガスの均
等分配に関しては溝811A,821Aの断面積Sは大
きいことが望ましく、動圧Δpu 値を増大させる観点か
らだけの対処を押し進めることができないのである。
From the above, as a method of increasing the value of the dynamic pressure Δp u , the method according to the above-mentioned item has been adopted in many cases. This method also has the effect of increasing the flow velocity u at the same time. By reducing the width and depth of the grooves 811A and 821A, the cross-sectional area S of the conduit can be reduced. However, in this case, as a matter that becomes a constraint condition regarding the increase of the flow velocity u, it is necessary to uniformly distribute the reaction gas to each of the plurality of grooves 811A and 821A connected in parallel. Sometimes. That is, as the width dimension and the depth dimension of the grooves 811A and 821A are reduced, the sectional area S value between the grooves varies due to a processing error.
This is because the reaction gas distributed in each groove becomes non-uniform, and the power generation performance of the fuel cell unit 7 deteriorates for the same reason as described above. For this reason, it is desirable that the cross-sectional area S of the grooves 811A and 821A be large in order to evenly distribute the reaction gas, and it is not possible to proceed with measures only from the viewpoint of increasing the dynamic pressure Δp u value.

【0057】こうした制約が有るために、例えば、セパ
レータ81,82のごとき、従来技術によるスタックが
有するセパレータの構造であっては、溝811A,82
1Aを完全に閉塞した凝縮水を除去するのに十分な値
の、すなわち、前記の「式7」による水保持力ヘッドp
k 値を十分に越える値の圧力降下Δps を発生すること
ができても、全ての溝811A,821Aの壁面に付着
された水滴を除去することが可能な十分な値の動圧Δp
u 値が得られるほどには、反応ガスの流速を大きくする
ことが不可能であることが明らかになったのである。
Due to these restrictions, for example, the separators 81 and 82 have the structure of the separator included in the stack according to the prior art.
Water retention head p of a value sufficient to remove condensed water that has completely blocked 1A, that is, according to the above "equation 7".
Even if a pressure drop Δp s of a value sufficiently exceeding the k value can be generated, a dynamic pressure Δp of a sufficient value that can remove water droplets attached to the wall surfaces of all the grooves 811A and 821A.
It became clear that it was impossible to increase the flow velocity of the reaction gas enough to obtain the u value.

【0058】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、セパレータが有す
る燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させる通流路の壁面
に付着した水滴の除去を可能とする固体高分子電解質型
燃料電池を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to remove water droplets adhering to the wall surface of the flow passage through which the fuel gas and the oxidant gas possessed by the separator flow. Another object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte fuel cell capable of achieving the above.

【0059】[0059]

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 1)シート状の固体高分子電解質材の電解質膜と,その
両主面のそれぞれに接合された燃料電極膜および酸化剤
電極膜とを有し,燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受
けて直流電力を発生する燃料電池セルと、燃料電池セル
の両主面のそれぞれに対向させて配置されたセパレータ
とを備え、セパレータは、燃料電池セルに供給される前
記のガスがセパレータに流入される流入口と、前記のガ
スがセパレータから流出される流出口と、セパレータの
燃料電池セルと対向される側の面に沿って形成されて前
記のガスを通流させると共に,前記の流入口および流出
口に連通された通流路とを有し、この通流路は、前記の
ガスを通流路に通流させる際に発生する圧力降下値が、
通流路が持つ水保持力ヘッド値よりも大きくなるように
設定されてなる、固体高分子電解質型燃料電池(スタッ
ク)において、セパレータは、燃料電池セルに対向する
面に対してほぼ直交し,しかも,互いにほぼ平行する一
対の端面を有し、前記の通流路はこの端面にほぼ直交さ
れる関係で複数が互いにほぼ平行されて形成された部分
通流路を主体として形成され、これ等の部分通流路を、
前記のガスの通流に関して互いに直列に接続された部分
を有して前記の流入口および流出口に連通されてなる構
成とすることにより、達成される。
Means for Solving the Problems The above-mentioned objects of the present invention are as follows: 1) An electrolyte membrane of a sheet-like solid polymer electrolyte material, and a fuel electrode membrane and an oxidizer electrode membrane bonded to both main surfaces thereof. And a fuel cell that receives the supply of the fuel gas and the oxidant gas to generate DC power, and a separator that is arranged to face each of both main surfaces of the fuel cell, the separator, The gas is supplied to the fuel cells, the gas inlet is introduced into the separator, the gas is discharged from the separator, the outlet is formed along the surface of the separator facing the fuel cell. And a flow path communicating with the inflow port and the outflow port. The flow path is generated when the gas is flowed through the flow path. The pressure drop value is
In a solid polymer electrolyte fuel cell (stack), which is set to be larger than the water retention power head value of the flow path, the separator is substantially orthogonal to the surface facing the fuel cell, Moreover, it has a pair of end faces that are substantially parallel to each other, and the above-mentioned flow passages are mainly formed of partial flow passages that are formed substantially parallel to each other in a relationship that is substantially orthogonal to these end faces. The partial flow path of
This can be achieved by having a structure in which the gas is flowed in such a manner that it has portions connected in series with each other and is communicated with the inflow port and the outflow port.

【0060】そうして、この構成とすることにより、ス
タックに供給される反応ガスの量を同一とした条件にお
いては、通流路の断面積を同一のままでn本の通流路を
直列に接続したとすれば、通流路の長さ(前記の「式
8」における管路長さlである。)と、通流路内の反応
ガスの流速uが共にn倍になる。このことから前記の
「式11」,「式12」を用いると、動圧Δpu をn2
倍にできることになる。
With this configuration, under the condition that the amount of the reaction gas supplied to the stack is the same, the n flow passages are connected in series while the cross-sectional area of the flow passage remains the same. If it is connected to, the length of the flow passage (which is the pipe length l in the above-mentioned “Equation 8”) and the flow velocity u of the reaction gas in the flow passage are both n times. From this fact, when the above-mentioned “formula 11” and “formula 12” are used, the dynamic pressure Δp u can be calculated as n 2
You can double it.

【0061】また、前記において、反応ガスの量を同一
のままで通流路の断面積をn1/2 倍にしたとしても、
「式11」,「式12」からΔpu をn倍にすることが
でき、かつ、流速uをn1/2 倍にすることができること
になる。このように、この発明を適用することで、通流
路の断面積S,反応ガスの流速uおよび動圧Δpu を同
時に増大することが可能となるのである。
Further, in the above, even if the cross-sectional area of the flow path is increased by n 1/2 with the same amount of reaction gas,
According to “Equation 11” and “Equation 12”, Δp u can be multiplied by n and the flow velocity u can be multiplied by n 1/2 . As described above, by applying the present invention, it becomes possible to simultaneously increase the cross-sectional area S of the passage, the flow velocity u of the reaction gas, and the dynamic pressure Δp u .

【0062】2)また、前記1項に記載の手段におい
て、セパレータが有する複数の部分通流路を、燃料電池
セルに供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスがセパレー
タに流入される流入口と,前記のガスがセパレータから
流出される流出口との間に、その全てが互いに直列に接
続されて連通されてなる構成とすることにより、達成さ
れる。
2) Further, in the means described in the above item 1, the plurality of partial passages provided in the separator are provided with an inlet for introducing the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell into the separator, This is achieved by a configuration in which all of the above-mentioned gas is connected in series with each other and communicated with the outlet through which the gas flows out from the separator.

【0063】そうして、この構成とすることにより、前
記1項による作用と同一の作用を得ることが可能である
と共に、全ての部分通流路は反応ガスの通流に関して直
列に接続されているので、個々の部分通流路に断面積の
不同が存在したとしても、反応ガスは全ての部分通流路
に均等に通流することが可能となるのである。 3)また、前記1項に記載の手段において、セパレータ
が有する複数の部分通流路は、燃料電池セルに供給され
る燃料ガスおよび酸化剤ガスがセパレータに流入される
流入口と,前記のガスがセパレータから流出される流出
口との間に、その一部の複数が互いに直列に接続された
直列接続群を複数形成し、この部分通流路の直列接続群
は、互いに並列となる相互関係とされて、流入口と流出
口とにそれぞれ連通されてなる構成とすることにより達
成される。
With this structure, it is possible to obtain the same action as that of the above item 1 and all the partial flow passages are connected in series with respect to the flow of the reaction gas. Therefore, even if there is a difference in cross-sectional area in each of the partial flow passages, the reaction gas can flow through all the partial flow passages evenly. 3) Further, in the means described in the above item 1, the plurality of partial flow passages included in the separator include an inflow port through which the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell are introduced into the separator, and the gas. A plurality of series connection groups, some of which are connected in series with each other, between the flow outlets flowing out of the separator, and the series connection groups of the partial flow passages are in parallel with each other. It is achieved by adopting a structure in which the inflow port and the outflow port are respectively communicated with each other.

【0064】そうして、この構成とすることにより、前
記1項による作用と同一の作用を得ることが可能である
と共に、広い面積の電極膜を有するために、前記2項に
よる構成としたのでは、前記のガスを供給するための圧
力が過大となる場合などに適用して有用な構成である。 4)また、シート状の固体高分子電解質材の電解質膜
と,その両主面のそれぞれに接合された燃料電極膜およ
び酸化剤電極膜とを有し,燃料ガスおよび酸化剤ガスの
供給を受けて直流電力を発生する燃料電池セルと、燃料
電池セルの両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータとを備え、セパレータは、燃料電池セルに供給
される前記のガスがセパレータに流入される流入口と、
前記のガスがセパレータから流出される流出口と、セパ
レータの燃料電池セルと対向される側の面に沿って形成
されて前記のガスを通流させると共に,前記の流入口お
よび流出口に連通された通流路とを有し、この通流路
は、前記のガスを通流路に通流させる際に発生する圧力
降下値が、通流路が持つ水保持力ヘッド値よりも大きく
なるように設定されてなる、固体高分子電解質型燃料電
池において、セパレータが有する通流路を、流入口およ
び流出口の内の一方を囲むようにして,しかも,前記の
ガスの通流に関して連続させて形成し、この通流路の一
方の端部を、流入口および流出口の内の一方に接続し、
この通流路の他方の端部を、通流路が形成された領域の
外側に形成された流入口および流出口の内の他方に接続
されてなる構成とすることにより、達成される。
Thus, with this structure, it is possible to obtain the same function as that of the above item 1, and since the electrode film has a large area, the structure according to the above item 2 is adopted. Then, the configuration is useful when applied to a case where the pressure for supplying the gas becomes excessive. 4) Further, it has an electrolyte membrane of a sheet-like solid polymer electrolyte material, and a fuel electrode membrane and an oxidant electrode membrane joined to both main surfaces thereof, respectively, and receives supply of fuel gas and oxidant gas. A fuel cell that generates direct current electric power, and a separator that is arranged so as to face each of both main surfaces of the fuel cell, and the separator supplies the gas supplied to the fuel cell to the separator. The inlet,
The gas, which is discharged from the separator, is formed along the surface of the separator facing the fuel cell to allow the gas to flow therethrough, and is connected to the inlet and the outlet. The flow passage has such a flow passage that the pressure drop value generated when the gas is made to flow through the flow passage is larger than the water retention head value of the flow passage. In the solid polyelectrolyte fuel cell configured as described above, the flow path of the separator is formed so as to surround one of the inflow port and the outflow port, and is continuous with respect to the flow of the gas. , Connecting one end of this passage to one of the inlet and the outlet,
This is achieved by configuring the other end of the communication passage to be connected to the other of the inlet and the outlet formed outside the region where the passage is formed.

【0065】前記1項〜3項で記述した作用は、その作
用が生じ得た理由から、前記1項〜3項による構成を持
つ通流路のみに限って得られるものでは無い。前記1項
〜3項による構成によらない構成を持つ通流路を対象と
して前記1項,2項で記述した作用を得ることで、この
発明の前述の目的を達成しようとするのが、この4項に
よる手段である。
The actions described in the above items 1 to 3 are not limited to the flow passage having the structure according to the above items 1 to 3 because the action may occur. The object of the present invention is to achieve the above-mentioned object by obtaining the action described in the above-mentioned items 1 and 2 for a flow passage having a structure not depending on the above-mentioned items 1 to 3. It is a means according to item 4.

【0066】5)さらにまた、前記4項に記載の手段に
おいて、セパレータは、燃料電池セルに供給される燃料
ガスおよび酸化剤ガスがセパレータに流入される流入口
を通流路が形成された領域の外側に形成し、前記のガス
がセパレータから流出される流出口を通流路が形成され
た領域の中央部に形成してなる構成とすることにより、
達成される。
5) Furthermore, in the means described in the above item 4, the separator is a region in which an inflow passage is formed in which the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell are introduced into the separator. Formed on the outside of the separator, the gas is formed in the central portion of the area where the flow path is formed through the outlet through which the gas flows out from the separator,
Achieved.

【0067】そうして、この構成の場合においては、セ
パレータ内を通流する前記のガスは、同一の単位燃料電
池内においては相対的に温度が高くなる内部に入りなが
ら通流し、相対的に最も高温となる単位燃料電池の中心
部の付近から排出されることになる。このために、この
構成とすることにより、前記1項,2項,4項による作
用と同一の作用を得ることが可能であると共に、前記の
ガスが通流しつつ順次昇温されることで、過飽和になる
ことによる凝縮水の生成度合を低減することも可能とな
るのである。
Thus, in the case of this configuration, the gas flowing through the separator flows while entering the inside where the temperature is relatively high in the same unit fuel cell, and the gas relatively flows. It is discharged from the vicinity of the center of the unit fuel cell, which has the highest temperature. For this reason, with this configuration, it is possible to obtain the same action as that of the above-mentioned items 1, 2, and 4, and the temperature is raised sequentially while the gas is flowing, It is also possible to reduce the degree of generation of condensed water due to oversaturation.

【0068】[0068]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 実施例1;図1は、請求項1,2に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセ
パレータの要部を模式的に示して前記の図9の場合と同
一の方向から見た図である。図1において、図8,図9
に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電池が備
えるセパレータと同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図1中には、図8,図9で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。なおま
た、図1中には、図8,図9中に示されているガスシー
ル体73を収納するための溝829は、その図示が省略
されている。このことは、後記される図3〜図7につい
ても同様であることを予め付記しておく。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Example 1; FIG. 1 is a schematic view showing the main part of a separator included in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an example of the present invention corresponding to claims 1 and 2 and is the same as the case of FIG. It is the figure seen from the direction. In FIG. 1, FIG. 8 and FIG.
The same parts as those of the separator included in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the conventional example shown in (4) are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 1, only the representative reference numerals are shown for the reference numerals given in FIGS. 8 and 9. In addition, in FIG. 1, a groove 829 for accommodating the gas seal body 73 shown in FIGS. 8 and 9 is not shown. It should be noted in advance that this is the same for FIGS. 3 to 7 described later.

【0069】図1において、1は、図8,図9に示した
従来例によるセパレータ82に対して、マニホールド8
23Aの使用を止め、貫通穴825A,826Aを図示
のごとくに直接に、酸化剤ガス98(図示を省略し
た。)を通流させる部分通流路である凹状の溝821A
に連通させて形成したセパレータである。セパレータ1
が複数有する溝821Aの相互間は、溝821Aと同一
の断面形状をした溝11Aによって、酸化剤ガス98の
通流に関して互いに直列に接続されている。セパレータ
1が有する貫通穴825B,826Bは、図示を省略し
た溝821Bに連通されているのであるが、これ等のセ
パレータ1が複数有する溝821Bは、従来例のセパレ
ータ82の場合とは異なり、貫通穴825Bと貫通穴8
26Bとの間に、熱媒99の通流に関して互いに直列に
接続されている。
In FIG. 1, 1 is the manifold 8 in comparison with the separator 82 according to the conventional example shown in FIGS.
23A is stopped, and a concave groove 821A which is a partial flow passage for allowing the oxidant gas 98 (not shown) to directly flow through the through holes 825A and 826A as shown in the figure.
Is a separator formed by communicating with. Separator 1
The plurality of grooves 821A are connected to each other in series with respect to the flow of the oxidant gas 98 by the groove 11A having the same cross-sectional shape as the groove 821A. The through holes 825B and 826B included in the separator 1 are communicated with the groove 821B (not shown). Hole 825B and through hole 8
26B, they are connected to each other in series with respect to the flow of the heat medium 99.

【0070】この溝間の相互接続に関しては、セパレー
タ1における溝821Aの相互接続関係と同様である。
なお、燃料ガス97を通流させる,従来例のセパレータ
81に対応するこの発明になるセパレータは、その図示
を省略したが、セパレータ1と基本的に同形である。そ
うして、この燃料ガス97を通流させるセパレータは、
貫通穴825B,826Bと、これに連通される熱媒9
9を通流させる通流路が、セパレータ1の場合に対して
面対称となる部位に形成されることのみが異なることに
なる。
The interconnection between the grooves is the same as the interconnection of the grooves 821A in the separator 1.
The separator according to the present invention, which corresponds to the separator 81 of the conventional example, which allows the fuel gas 97 to flow therethrough, is basically the same as the separator 1, although the illustration is omitted. Then, the separator that allows the fuel gas 97 to flow is
Through holes 825B, 826B and the heat medium 9 communicated with these holes
9 differs from the separator 1 only in that the flow passages through which the fluid flows are formed in a plane symmetrical portion.

【0071】これ等のセパレータは、その図示を省略し
た燃料電池セル7と組み合わされて、この発明になるそ
の図示を省略した単位燃料電池(単電池)を構成し、さ
らに、この単電池の複数個を積層することによって、こ
の発明になるその図示を省略した固体高分子電解質型燃
料電池(スタック)を構成することは、従来例のセパレ
ータ81,82などを用いた,従来例の単電池8,従来
例のスタック9などの場合と同様である。
These separators are combined with the fuel cells 7 (not shown) to form a unit fuel cell (unit cell) (not shown) according to the present invention. By constructing a solid polymer electrolyte fuel cell (stack) which is not shown in the present invention by stacking the individual pieces, the conventional unit cell 8 using the separators 81 and 82 of the conventional example is used. The same as in the case of the stack 9 of the conventional example.

【0072】そうして、セパレータ1では、従来例と同
一の50〔cm2 〕の電極面積を持つ図示を省略した酸
化剤電極膜7Bに対して、1.4〔Nrm3 /min〕
の酸化剤ガス98としての空気を供給する。酸化剤電極
膜7Bの外形寸法は、71〔mm〕×71〔mm〕、溝
821Aの断面寸法は、幅が2.0〔mm〕,深さが
1.2〔mm〕で、従来例のセパレータ82が持つ溝8
21Aよりもその断面積が増大されている。セパレータ
1が持つ溝821Aの本数は従来例と同一の22本であ
り、溝11Aを含むその総延長は1.6〔m〕である。
前記の空気は、溝821A,11A中を15〔m/s〕
という従来例の場合よりも高速の流速で通流するので、
約5〔kPa〕の動圧Δpu が得られている。
Thus, in the separator 1, 1.4 [Nrm 3 / min] is applied to the oxidizer electrode film 7B (not shown) having the same electrode area of 50 [cm 2 ] as the conventional example.
Air as the oxidant gas 98 is supplied. The outer dimensions of the oxidizer electrode film 7B are 71 [mm] × 71 [mm], and the cross-sectional dimensions of the groove 821A are 2.0 [mm] in width and 1.2 [mm] in depth. Groove 8 of separator 82
Its cross-sectional area is larger than that of 21A. The separator 1 has 22 grooves 821A, which is the same as the conventional example, and the total length including the groove 11A is 1.6 [m].
The air has a flow rate of 15 [m / s] in the grooves 821A and 11A.
Since it flows at a higher speed than in the case of the conventional example,
A dynamic pressure Δp u of about 5 [kPa] is obtained.

【0073】セパレータ1と組み合わされて図示を省略
した燃料ガス97を通流させる,その図示を省略したセ
パレータは、酸化剤電極膜7Bと同様の50〔cm2
の電極面積を持つ,図示を省略した燃料電極膜7Aに対
して、0.17〔Nrm3 /min〕の燃料ガス97と
しての純水素を供給する。燃料電極膜7Aの外形寸法
も、酸化剤電極膜7Bと同一の71〔mm〕×71〔m
m〕であり、燃料ガス97を通流させる溝811A(図
示を省略した。)の断面寸法は、幅が2.0〔mm〕,
深さが0.6〔mm〕であり、セパレータ1が持つ溝8
21Aよりもその深さは浅くしている。前記の純水素
は、溝811Aと、溝811Aの相互間を接続する溝1
1Aと同様の溝との中を3〔m/s〕の流速で通流する
ことで、約1.6〔kPa〕の動圧Δpu が得られる。
この値は、セパレータ1における空気に関する値より
も、流速,動圧の両者とも小さい値ではあるが、燃料電
池セル7で水分が生成されるのは、前記の「2式」で示
されているように、主として酸化剤電極膜7B側である
こと、および、水素濃度が十分に高いことから、全く問
題とはならないのである。
A fuel gas 97 (not shown) is made to flow in combination with the separator 1. The separator (not shown) has the same 50 [cm 2 ] as the oxidizer electrode film 7B.
Pure hydrogen as a fuel gas 97 of 0.17 [Nrm 3 / min] is supplied to a fuel electrode film 7A (not shown) having an electrode area of. The outer dimensions of the fuel electrode film 7A are the same as those of the oxidizer electrode film 7B, 71 [mm] × 71 [m].
m], and the cross-sectional dimension of the groove 811A (not shown) for allowing the fuel gas 97 to flow is 2.0 mm in width,
Groove 8 of separator 1 having a depth of 0.6 mm
It is shallower than 21A. The pure hydrogen described above is used for connecting the groove 811A and the groove 811A to each other.
A dynamic pressure Δp u of about 1.6 [kPa] can be obtained by flowing through a groove similar to 1A at a flow rate of 3 [m / s].
This value is smaller than the value for the air in the separator 1 in both the flow velocity and the dynamic pressure, but the fact that water is produced in the fuel cells 7 is indicated by the above-mentioned "Formula 2". As described above, since it is mainly on the oxidant electrode film 7B side and the hydrogen concentration is sufficiently high, there is no problem at all.

【0074】前記の構成を持つセパレータを備えたこの
発明になるスタックは、22本の全ての溝811A,8
21Aが反応ガスの通流に関して直列に接続されてい
る。このことにより、まず、反応ガスの通流路の長さ
(前記の「式8」における管路長さlである。)と、通
流路内の反応ガスの流速が共に増大される。これによ
り、前記の「式12」から動圧Δpu を大幅に増大でき
る(因みに、従来例の場合の一般的な動圧Δpu の値
は、0.04〔kPa〕程度である。)ことで、通流路
の壁面に付着された水滴をこの大きな動圧Δpu によっ
て除去することが可能となる。したがって、従来例にお
いて存在していた壁面に水滴が付着されることで反応ガ
スの通流路の実効通流面積が減少されるという問題が解
消されることになる。
The stack according to the present invention provided with the separator having the above-mentioned structure has all 22 grooves 811A and 811A.
21A is connected in series with respect to the flow of the reaction gas. As a result, first, both the length of the flow path of the reaction gas (which is the pipe length l in the above-mentioned “Equation 8”) and the flow velocity of the reaction gas in the flow path are increased. As a result, the dynamic pressure Δp u can be significantly increased from the above-mentioned “Equation 12” (by comparison, the general dynamic pressure Δp u in the case of the conventional example is about 0.04 [kPa]). Then, it becomes possible to remove the water droplets attached to the wall surface of the passage by the large dynamic pressure Δp u . Therefore, the problem that the effective flow area of the flow path of the reaction gas is reduced due to the water droplets adhering to the wall surface existing in the conventional example is solved.

【0075】また、酸化剤ガス98の全ての溝821A
が直列に接続されていることで、これ等の溝には同一流
量の反応ガスが通流される(燃料ガス97に対する溝8
11Aに関しても溝821Aの場合と全く同一であ
る。)。これにより、個々のこれ等の溝に加工精度,壁
面への水滴の付着などが原因で反応ガスの通流断面積の
不同が存在していたとしても、従来例において存在して
いた,個々の溝に対する反応ガスの不均等な分配という
問題も解消されることになるのである。さらにまた、反
応ガスが分路されないことで、反応ガスの通流路の断面
寸法を増大したとしても、反応ガスの流速として所望の
大きな値が得られるので、反応ガスの通流路の断面寸法
に関する加工精度の問題が軽減されることにもなるので
ある。
Further, all the grooves 821A of the oxidizing gas 98 are
Are connected in series, the reaction gas of the same flow rate flows through these grooves (the groove 8 for the fuel gas 97).
11A is exactly the same as the case of the groove 821A. ). As a result, even if there are inconsistencies in the cross-sectional flow areas of the reaction gas due to machining accuracy, adhesion of water droplets to the wall surface, etc., in each of these grooves, there are The problem of uneven distribution of the reaction gas over the grooves will also be solved. Furthermore, since the reaction gas is not shunted, even if the cross-sectional dimension of the reaction gas flow passage is increased, a desired large value can be obtained as the flow rate of the reaction gas. Therefore, the problem of the processing accuracy with respect to is also reduced.

【0076】これ等の結果、前記の構成を持つセパレー
タを備えたこの発明になる単電池では、その発生電圧値
を図2に示すごとくに向上させることができるのであ
る。ここで図2は、実施例1によるこの発明になる固体
高分子電解質型燃料電池の単位燃料電池の発電電圧の測
定例を、従来例の場合と比較して示すグラフである。図
2において、実線は、実施例1による場合を示し、点線
は、従来例の単電池8の場合を示している。なおこの測
定は、両者共、水素利用率が80〔%〕,空気利用率が
20〔%〕,水素および空気の供給圧力は共に0.1
〔MPa〕の条件で実施されたものである。図2におい
て、従来例の場合には、一部の溝811A,821Aの
壁面に水滴が付着されることで、これ等の溝に通流する
反応ガスの分配が不均等になるために、低い電流密度値
で限界値である0.2〔V〕の発電電圧値に低下してい
る。これに対してこの発明の場合には、前記したところ
により反応ガスの不均等分配が発生しないので、その発
電電圧値が限界値である0.2〔V〕となる点の電流密
度値を増大することができているのである。
As a result of the above, in the unit cell according to the present invention including the separator having the above-mentioned structure, the generated voltage value can be improved as shown in FIG. Here, FIG. 2 is a graph showing an example of measuring the power generation voltage of the unit fuel cell of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention according to Example 1 in comparison with the case of the conventional example. In FIG. 2, the solid line shows the case according to the first embodiment, and the dotted line shows the case of the conventional unit cell 8. In this measurement, the hydrogen utilization rate was 80 [%], the air utilization rate was 20 [%], and the supply pressures of hydrogen and air were both 0.1.
It was carried out under the condition of [MPa]. In the case of the conventional example in FIG. 2, since water droplets are attached to the wall surfaces of some of the grooves 811A and 821A, the distribution of the reaction gas flowing through these grooves becomes uneven, so that it is low. The power generation voltage value is 0.2 [V], which is the limit value of the current density value. On the other hand, in the case of the present invention, since the uneven distribution of the reaction gas does not occur due to the above-mentioned point, the current density value at the point where the generated voltage value becomes the limit value of 0.2 [V] is increased. You can do it.

【0077】なおまた、前記の構成を持つセパレータを
備えたこの発明になるスタックは、前記したように溝8
11A,821Aの壁面に付着された水滴を除去できる
ので、当然のことながら前記の「式7」による水保持力
ヘッドpk 値を越えたΔps値が得られるので、溝81
1A,821A内に前述の凝縮水が滞留されるというこ
とは発生しない。したがって、このスタックでは、従来
例のスタック9などが行っていた、溝811A,821
Aを重力方向に沿って配置しなければならないという制
約を課されることは無くなることになる。このために、
このスタックでは、いかなる姿勢で設置されても何等支
障は無く、例えば、単電池の積層方向を重力方向に沿っ
て配置しても良いものである。これによって、スタック
の設置面積を縮小することも可能となるのである。
Further, the stack according to the present invention provided with the separator having the above-mentioned structure has the groove 8 as described above.
Since the water droplets attached to the wall surfaces of 11A and 821A can be removed, naturally, the Δp s value exceeding the water holding head p k value according to the above-mentioned “Equation 7” can be obtained, so that the groove 81
The above-mentioned condensed water does not stay in 1A and 821A. Therefore, in this stack, the grooves 811A and 821, which are used in the conventional stack 9 and the like, are performed.
The constraint that A must be placed along the direction of gravity will no longer be imposed. For this,
In this stack, there is no problem even if it is installed in any posture, and for example, the stacking direction of the unit cells may be arranged along the gravity direction. This makes it possible to reduce the footprint of the stack.

【0078】実施例2;図3は、請求項1,2に対応す
るこの発明の異なる実施例による固体高分子電解質型燃
料電池が備えるセパレータの要部を模式的に示して前記
の図9の場合と同一の方向から見た図である。図3にお
いて、図1に示した請求項1,2に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセ
パレータ、および、図8,図9に示した従来例による固
体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータと同一部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図
3中には、図8,図9で付した符号については、代表的
な符号のみを記した。
Example 2; FIG. 3 schematically shows the main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to a different example of the present invention corresponding to claims 1 and 2, and FIG. It is the figure seen from the same direction as the case. 3, a separator included in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2 shown in FIG. 1 and a solid height according to a conventional example shown in FIGS. The same parts as those of the separator included in the molecular electrolyte fuel cell are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 3, about the code | symbol attached in FIG. 8 and FIG. 9, only the typical code | symbol was described.

【0079】図3において、2は、図1に示したこの発
明によるセパレータ1に対して、貫通穴825A,82
6A,827A,828A,825Bおよび826B
(これ等の6個の貫通穴を総称して実施例2の説明のな
かでは、以降、前記の貫通穴825A等と記すことにす
る。)が形成される位置などを変更したセパレータであ
る。セパレータ1における貫通穴825A,826A,
827A,828Aの形成位置は、従来例のセパレータ
82などにおける貫通穴825A,826A,827
A,828Aの形成位置を踏襲したものである。そうし
て、従来例のセパレータ82などにおける貫通穴825
A,826A,827A,828Aの形成位置は、マニ
ホールド823Aを介して行う各溝811A,821A
への反応ガスの分配を均等化するための必要性から定め
られたものである。
In FIG. 3, 2 is a through hole 825A, 82 for the separator 1 according to the present invention shown in FIG.
6A, 827A, 828A, 825B and 826B
(These six through-holes are collectively referred to as the above-mentioned through-holes 825A and the like in the description of the second embodiment.) The separator has a changed position. Through holes 825A, 826A in the separator 1,
The forming positions of 827A and 828A are the through holes 825A, 826A and 827 in the separator 82 of the conventional example.
It follows the formation positions of A and 828A. Then, the through hole 825 in the separator 82 of the conventional example
The formation positions of A, 826A, 827A, and 828A are the respective grooves 811A and 821A formed through the manifold 823A.
It was established from the need to equalize the distribution of the reaction gas to the.

【0080】しかしながら、マニホールド823Aを使
用しないこの発明になるセパレータにおいては、貫通穴
825A,826A,827A,828Aの形成位置の
いかんに関わらず、実施例1において説明した,個々の
溝に対する反応ガスの不均等な分配の問題が解消される
という特長は維持できるものである。セパレータ2にお
けるこれ等の貫通穴の形成位置の見直しは、このことに
着目して行われたものである。すなわち、セパレータ2
においては、図1と図3とを対比することで確認できる
ことではあるが、前記の貫通穴825A等に隣接される
部位の溝811A,821Aの反応ガス通流方向の長さ
を、セパレータ1の場合よりも多少短縮させている。ま
た、このことによって、前記の貫通穴825A等に隣接
されていない部位に存在する溝11Aと,セパレータ2
の端面82d,82eとの間隔を極力短縮したものとし
ているのである。これら図1によるセパレータ1とは異
なっているセパレータ2が持つ形状・寸法について、セ
パレータ1を見直すという立場から以下に説明する。
However, in the separator according to the present invention which does not use the manifold 823A, regardless of the formation position of the through holes 825A, 826A, 827A, 828A, the reaction gas for each groove described in the first embodiment is not described. The feature of eliminating the problem of uneven distribution can be maintained. The review of the formation positions of these through holes in the separator 2 was made with this in mind. That is, the separator 2
In FIG. 1, it can be confirmed by comparing FIG. 1 and FIG. 3 that the lengths of the grooves 811A and 821A in the portion adjacent to the through hole 825A in the reaction gas flow direction of the separator 1 are It is a little shorter than the case. Further, as a result, the groove 11A existing in a portion that is not adjacent to the through hole 825A and the like, and the separator 2
The distance between the end faces 82d and 82e of the is shortened as much as possible. The shape and size of the separator 2 different from the separator 1 shown in FIG. 1 will be described below from the viewpoint of reviewing the separator 1.

【0081】まず、前記の貫通穴825A等に隣接され
ていない部位に存在する溝11Aと,セパレータ2の端
面82d,82eとの間隔寸法は、例えば、縁部82
f,図示を省略した溝829などの形成を考慮して定め
られる。前記の貫通穴825A等が形成される位置は、
かくして定められた端面82d,82eの位置を基にし
て、例えば、溝827Aなどの形成、管用めねじ付きの
貫通穴931に対する反応ガス用の配管の接続作業や,
熱媒99用の配管接続体991の装着作業などの実施等
を考慮して定められる。前記の貫通穴825A等に隣接
される部位の溝811A,821Aの端部や,溝11A
が形成される位置は、前記の貫通穴825A等の位置を
基にして、縁部82f,溝829、およびいずれも図示
を省略した溝827A,管用めねじ付きの貫通穴931
などの形成等を考慮して定められるのである。そうし
て、これ等と関連させて、縁部82fの形成位置が定め
られ、この縁部82fの形成位置に合わせて、共に図示
を省略した燃料電極膜7A,酸化剤電極膜7Bの平面形
状と、その寸法が見直されることになるのである。
First, the distance between the groove 11A existing in a portion not adjacent to the through hole 825A and the end surfaces 82d and 82e of the separator 2 is, for example, the edge portion 82.
f, it is determined in consideration of formation of the groove 829 and the like not shown. The positions where the through holes 825A and the like are formed are
Based on the positions of the end surfaces 82d and 82e thus determined, for example, the formation of the groove 827A and the like, the connection work of the reaction gas pipe to the through hole 931 with the female thread for pipe,
It is determined in consideration of the mounting work of the pipe connection body 991 for the heat medium 99 and the like. Ends of the grooves 811A and 821A adjacent to the through hole 825A and the like, and the groove 11A.
Based on the position of the through hole 825A, etc., the edge 82f, the groove 829, and the groove 827A not shown in the drawings, and the through hole 931 with the female thread for pipe are formed.
It is determined in consideration of the formation of the above. Then, in relation to these, the formation position of the edge portion 82f is determined, and the planar shapes of the fuel electrode film 7A and the oxidizer electrode film 7B, both of which are not shown, are formed in accordance with the formation position of the edge portion 82f. Then, the dimensions will be reviewed.

【0082】前記の構成を持つセパレータ2を備えたこ
の発明になるスタックは、前述の実施例1によるスタッ
クと同一の作用・効果を持ちながら、スタックの電極膜
の平面方向の外形を小型化することができると共に、図
示を省略した固体高分子電解質膜7Cの使用面積を縮小
することができるのである。 実施例3;図4は、請求項1,3に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセ
パレータの要部を模式的に示して前記の図9の場合と同
一の方向から見た図である。図4において、図1に示し
た請求項1,2に対応するこの発明の一実施例による固
体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータ、およ
び、図8,図9に示した従来例による固体高分子電解質
型燃料電池が備えるセパレータと同一部分には同じ符号
を付し、その説明を省略する。なお、図4中には、図
8,図9で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。
The stack according to the present invention provided with the separator 2 having the above-described structure has the same function and effect as the stack according to the first embodiment described above, but the size of the electrode film of the stack in the planar direction is reduced. In addition, it is possible to reduce the use area of the solid polymer electrolyte membrane 7C (not shown). Embodiment 3; FIG. 4 is a schematic view showing the main part of a separator included in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 3 and is the same as the case of FIG. It is the figure seen from the direction. 4, a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2 shown in FIG. 1 and a solid height according to a conventional example shown in FIGS. The same parts as those of the separator included in the molecular electrolyte fuel cell are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 4, as for the reference numerals given in FIGS. 8 and 9, only representative reference numerals are shown.

【0083】図4において、3は、図8,図9に示した
従来例によるセパレータ82に対して、マニホールド8
23Aの使用を止め、酸化剤ガス98を通流させる部分
通流路である凹状の溝821Aを次記するように形成し
てなるセパレータである。すなわち、セパレータ3で
は、まず、溝821Aの複数個(この事例における具体
的な個数は後記する。)は、溝11Aによって、酸化剤
ガス98の通流に関して互いに直列に接続される。この
ような溝821Aの直列接続路は、複数群(図4では3
群の場合を例示した。)が形成される。この複数群の溝
821Aの直列接続路の間では、溝821Aと溝11A
とで形成される反応ガスの通流路の長さは、ほぼ同等値
となるように設定されるものとする。そうして、この複
数群の溝821Aの直列接続路のそれぞれは、短小な溝
31Aを介して互いに並列に接続されて、貫通穴825
Aと貫通穴826Aとの間に連通されるのである。
In FIG. 4, reference numeral 3 indicates the manifold 8 with respect to the separator 82 according to the conventional example shown in FIGS.
23A is a separator formed by stopping the use of 23A and forming a concave groove 821A which is a partial passage for allowing the oxidant gas 98 to flow therethrough as described below. That is, in the separator 3, first, a plurality of grooves 821A (a specific number in this case will be described later) are connected in series with each other with respect to the flow of the oxidant gas 98 by the grooves 11A. Such a series connection path of the grooves 821A includes a plurality of groups (3 in FIG. 4).
The case of a group is illustrated. ) Is formed. Between the series connection path of the grooves 821A of the plurality of groups, the groove 821A and the groove 11A are connected.
The lengths of the flow paths of the reaction gas formed by and are set to be substantially equal. Then, each of the series connection paths of the grooves 821A of the plurality of groups is connected in parallel to each other through the short groove 31A, and the through hole 825 is formed.
A is communicated with the through hole 826A.

【0084】なお、セパレータ3が有する貫通穴825
B,826Bと、図示を省略した溝821Bとの接続関
係、また、セパレータ3と、燃料ガス97を通流させる
従来例のセパレータ81に対応するこの発明になるセパ
レータとの関係、および、これ等のセパレータを用いて
構成される単電池やスタックにかかわる関係は、前述の
実施例1によるセパレータ1の場合と同様であるのでそ
の説明は省略する。
The through hole 825 of the separator 3
B, 826B and a connection relationship between the groove 821B (not shown), the relationship between the separator 3 and the separator according to the present invention corresponding to the separator 81 of the conventional example that allows the fuel gas 97 to flow, and the like. Since the relationship regarding the unit cell or the stack configured by using the separator of 1 is the same as that of the separator 1 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.

【0085】そうして、セパレータ3では、従来例の5
倍の250〔cm2 〕という広い電極面積を持つ図示を
省略した酸化剤電極膜7Bに対して、6.7〔Nrm3
/min〕の空気を供給する。酸化剤電極膜7Bの外形
寸法は、160〔mm〕×160〔mm〕、溝821A
の断面寸法は、幅,深さ共に2,0〔mm〕である。実
施例1によるセパレータ1が持つ溝821Aよりもその
断面積が増大されている。セパレータ1が持つ溝821
Aの全本数は54本であり、各18本が前記の溝821
Aの直列接続路を形成している。それぞれの直列接続路
の溝11Aを含むその総延長は2.85〔m〕である。
Thus, the separator 3 has the same structure as that of the conventional example.
6.7 [Nrm 3 ] for the oxidizer electrode film 7B (not shown) having a wide electrode area of 250 [cm 2 ].
/ Min] of air is supplied. The outer dimensions of the oxidizer electrode film 7B are 160 [mm] × 160 [mm] and the groove 821A.
The cross-sectional dimension of is both 0 mm in both width and depth. The cross-sectional area is larger than the groove 821A of the separator 1 according to the first embodiment. Groove 821 of separator 1
The total number of A is 54, and each 18 is the groove 821.
A series connection path of A is formed. The total length of each series connection including the groove 11A is 2.85 [m].

【0086】セパレータ3における反応ガスの通流路の
長さ(前記の「式12」における管路長さlである。)
は、前記の総延長の2.85〔m〕であり、動圧Δpu
の値は、この2.85〔m〕の管路長さlに対応して得
られる。反応ガスの通流に関して全部の溝821Aを直
列に接続した場合に対して、n(セパレータ3の場合は
n=3である。)群の直列接続路で構成するようにした
場合には、管路長さlと反応ガスの流速uは共に1/n
になるので、動圧Δpu の値は、前記の「式12」から
1/n2 になる。こうすることで、広い電極面積に反応
ガスを供給するセパレータの場合に、過大な動圧Δpu
が発生すのを回避することが可能となるのである。セパ
レータ3における動圧Δpu 値は、それでも、セパレー
タ1の場合よりも大きい約8〔kPa〕が得られてい
る。
The length of the flow path of the reaction gas in the separator 3 (which is the pipe length l in the above "formula 12").
Is the total extension of 2.85 [m], and the dynamic pressure Δp u
The value of is obtained corresponding to the pipe length l of 2.85 [m]. In the case where all the grooves 821A are connected in series with respect to the flow of the reaction gas, in the case where the grooves are formed by n (n = 3 in the case of the separator 3) series connection paths, The path length l and the reaction gas flow rate u are both 1 / n
Therefore, the value of the dynamic pressure Δp u becomes 1 / n 2 from the above-mentioned “Equation 12”. By doing so, in the case of a separator that supplies a reaction gas to a wide electrode area, an excessive dynamic pressure Δp u
It is possible to avoid the occurrence of. The dynamic pressure Δp u value in the separator 3 is still about 8 [kPa], which is larger than that in the separator 1.

【0087】前記の構成を持つセパレータ3を備えたこ
の発明になるスタックは、当然のことながら、前述の実
施例1によるスタックと同一の作用・効果を持つことが
できる。しかも、広い面積の電極膜を有するために、実
施例1による構成としたのでは、反応ガスを供給するた
めの圧力が過大となる場合などに適用して有用な構成な
のである。
The stack according to the present invention, which is provided with the separator 3 having the above-mentioned structure, can naturally have the same operation and effect as the stack according to the first embodiment. Moreover, since the electrode film has a large area, the configuration according to Example 1 is a useful configuration when it is applied when the pressure for supplying the reaction gas becomes excessive.

【0088】実施例4;図5は、請求項1,2に対応す
るこの発明のさらに異なる実施例による固体高分子電解
質型燃料電池が備えるセパレータの要部を模式的に示し
て前記の図9の場合と同一の方向から見た図である。図
5において、図1に示した請求項1,2に対応するこの
発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備
えるセパレータ、および、図8,図9に示した従来例に
よる固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータと
同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。な
お、図5中には、図8,図9で付した符号については、
代表的な符号のみを記した。
Example 4; FIG. 5 schematically shows the main part of a separator included in a solid polymer electrolyte fuel cell according to still another example of the present invention corresponding to claims 1 and 2, and FIG. It is the figure seen from the same direction as the case of. 5, a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2 shown in FIG. 1 and a solid height according to a conventional example shown in FIGS. The same parts as those of the separator included in the molecular electrolyte fuel cell are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 5, the reference numerals given in FIG. 8 and FIG.
Only representative symbols are shown.

【0089】図5において、4は、図1に示したこの発
明によるセパレータ1が持つと同様の,複数(後記す
る。)の溝821Aが溝11Aを介し酸化剤ガス98の
通流に関して互いに直列に接続された溝821Aの直列
接続路41が、それぞれ独立された複数群(図4では3
群の場合を例示した。)を形成するようにしたセパレー
タである。複数の直列接続路41のそれぞれを区別する
ために、図5中では、符号41に続いてA,B,Cを付
している。それぞれの直列接続路41には、セパレータ
1の場合と同様に、溝821Aの両端部に貫通穴825
A,826Aが直接に連通されて形成されている。
In FIG. 5, a plurality of grooves 821A (to be described later) similar to those of the separator 1 according to the present invention shown in FIG. The series connection path 41 of the grooves 821A connected to the
The case of a group is illustrated. ) Is formed. In order to distinguish each of the plurality of serial connection paths 41, the reference numeral 41 is followed by A, B, and C in FIG. As in the case of the separator 1, the through-holes 825 are formed in both ends of the groove 821A in each series connection path 41.
A and 826A are directly connected to each other.

【0090】なお、セパレータ4が有する貫通穴825
B,826Bと、図示を省略した溝821Bとの接続関
係、また、セパレータ4と、燃料ガス97を通流させる
従来例のセパレータ81に対応するこの発明になるセパ
レータとの関係、および、これ等のセパレータを用いて
構成される単電池やスタックにかかわる関係は、前述の
実施例1によるセパレータ1の場合と同様であるのでそ
の説明は省略する。
The through hole 825 of the separator 4
B, 826B and a connection relationship between the groove 821B (not shown), the relationship between the separator 4 and the separator according to the present invention corresponding to the separator 81 of the conventional example that allows the fuel gas 97 to flow, and the like. Since the relationship regarding the unit cell or the stack configured by using the separator of 1 is the same as that of the separator 1 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.

【0091】そうして、セパレータ4が空気を供給する
対象の図示を省略した酸化剤電極膜7Bの電極面積・外
形寸法、セパレータ4が持つ溝821Aの全本数,断面
寸法などは、いずれも前記の実施例3によるセパレータ
3の場合と同一である。このために、それぞれの直列接
続路41で得られる、反応ガスの通流路の長さ,動圧Δ
u 値なども、セパレータ3の場合と同一である。
Thus, the electrode area / outer dimensions of the oxidizer electrode film 7B (not shown) of the object to which the separator 4 supplies air, the total number of the grooves 821A held by the separator 4, the cross-sectional dimensions, etc. are all as described above. This is the same as the case of the separator 3 according to the third embodiment. Therefore, the length of the flow path of the reaction gas and the dynamic pressure Δ
The p u value and the like are also the same as in the case of the separator 3.

【0092】したがって、前記の構成を持つセパレータ
4を備えたこの発明になるスタックは、前述の実施例3
によるスタックと同一の作用・効果を持つことになる。
これに加えて、この実施例4によるスタックは、それぞ
れの直列接続路41に供給する反応ガス量を、必要に応
じて個別に調整することが可能であり、広い電極面積を
持つスタックの場合などで、電極の面方向における反応
ガスの配分をより均等化できるという特長を持てること
になる。スタックに付随する反応ガスの供給系統や反応
ガス流量の制御系統は複数必要にはなるが、前記の特長
を利用することは、特に少量の反応ガス供給量で運転し
なければならない場合や、高い電流密度での運転が必要
となる場合などにおいて有効なものである。
Therefore, the stack according to the present invention, which is provided with the separator 4 having the above-mentioned structure, is the same as that of the third embodiment.
Will have the same action and effect as the stack.
In addition to this, in the stack according to the fourth embodiment, the amount of reaction gas supplied to each series connection path 41 can be individually adjusted as needed, and in the case of a stack having a wide electrode area, etc. Thus, the reaction gas can be more evenly distributed in the surface direction of the electrode. Although multiple reaction gas supply systems and reaction gas flow rate control systems associated with the stack are required, using the above-mentioned features is particularly important when operating with a small amount of reaction gas supply or high. This is effective when it is necessary to operate at a current density.

【0093】実施例5;図6は、請求項4,5に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池が備えるセパレータの要部を模式的に示して前記の図
9の場合と同一の方向から見た図である。図6におい
て、図8,図9に示した従来例による固体高分子電解質
型燃料電池が備えるセパレータと同一部分には同じ符号
を付し、その説明を省略する。なお、図6中には、図
8,図9で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。
Example 5; FIG. 6 schematically shows the main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an example of the present invention corresponding to claims 4 and 5 and is shown in FIG. It is the figure seen from the same direction as the case. 6, the same parts as those of the separator included in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the conventional example shown in FIGS. 8 and 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 6, only the typical reference numerals are shown for the reference numerals given in FIGS. 8 and 9.

【0094】図6において、5は、図8,図9に示した
従来例によるセパレータ82に対して、凹状の溝821
Aと凸状の隔壁822Aに替えて、それぞれ凹状の溝5
1Aと凸状の隔壁52Aを用いると共に、マニホールド
823Aの使用を止め、貫通穴825A,826Aを直
接に溝51Aに連通させて形成したセパレータである。
反応ガスの流出口である貫通穴826Aは、セパレータ
5の中央部に形成された貫通穴形成部53Aに形成され
ていることが、この実施例による構成が持つ特徴の一つ
である。貫通穴形成部53Aは隔壁52Aと連続させて
形成され、それ等の頂部は共に、従来例の凸状の隔壁8
22Aと同様に、図示を省略した側面82cと同一面に
なるように形成されている。
In FIG. 6, 5 is a concave groove 821 with respect to the conventional separator 82 shown in FIGS. 8 and 9.
Instead of A and the convex partition wall 822A, the concave groove 5 is formed.
1A and the convex partition wall 52A are used, the use of the manifold 823A is stopped, and the through holes 825A and 826A are directly communicated with the groove 51A.
The through hole 826A, which is the reaction gas outlet, is formed in the through hole forming portion 53A formed in the central portion of the separator 5, which is one of the features of the configuration according to this embodiment. The through-hole forming portion 53A is formed so as to be continuous with the partition wall 52A, and the tops thereof are both convex partition walls 8 of the conventional example.
Like 22A, it is formed so as to be flush with the side surface 82c (not shown).

【0095】セパレータ5が有する溝51Aは、従来例
の凹状の溝821Aと同様な断面形状を持ち、貫通穴8
25Aと貫通穴826Aとの間に、貫通穴形成部53A
を取り巻くようにして、図6中に示したようにいわば一
筆書きのように連続させて形成されていることが、この
実施例による構成が持つ他の特徴である。そうして、反
応ガスの流入口である貫通穴825Aは、溝51Aが形
成された領域の最外周の部位に形成されている。
The groove 51A of the separator 5 has the same sectional shape as the concave groove 821A of the conventional example, and the through hole 8
25A and through hole 826A, through hole forming portion 53A
Another feature of the structure according to this embodiment is that they are continuously formed so as to surround each other, as shown in FIG. Then, the through hole 825A, which is the inflow port of the reaction gas, is formed at the outermost portion of the region where the groove 51A is formed.

【0096】なお、セパレータ5が有する貫通穴825
B,826Bと、図示を省略した溝821Bとの接続関
係、また、セパレータ5と、燃料ガス97を通流させる
従来例のセパレータ81に対応するこの発明になるセパ
レータとの関係、および、これ等のセパレータを用いて
構成される単電池やスタックにかかわる関係は、前述の
実施例1によるセパレータ1の場合と同様であるのでそ
の説明は省略する。
The through hole 825 of the separator 5
B, 826B and a connection relationship between a groove 821B (not shown), the relationship between the separator 5 and the separator according to the present invention corresponding to the separator 81 of the conventional example that allows the fuel gas 97 to flow therethrough, and the like. Since the relationship regarding the unit cell or the stack configured by using the separator of 1 is the same as that of the separator 1 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.

【0097】そうして、セパレータ5が空気を供給する
対象の図示を省略した酸化剤電極膜7Bの電極面積・外
形寸法、セパレータ5が持つ溝51Aの断面寸法,総延
長などは、いずれも前記の実施例1によるセパレータ1
の場合と同等である。このために、セパレータ5で得ら
れる動圧Δpu 値なども、セパレータ1の場合と同等で
ある。
Thus, the electrode area and external dimensions of the oxidizer electrode film 7B (not shown) of the object to which the separator 5 supplies air, the cross-sectional dimensions of the groove 51A of the separator 5, the total extension, etc. are all as described above. Separator 1 according to Example 1 of
Is equivalent to Therefore, the dynamic pressure Δp u value and the like obtained by the separator 5 are also the same as those of the separator 1.

【0098】したがって、前記の構成を持つセパレータ
5を備えたこの発明になるスタックは、前述の実施例1
によるスタックと同一の作用・効果を持つことになる。
これに加えて、この実施例5によるスタックは、セパレ
ータ5内を通流する空気は、同一の単位燃料電池内にお
いては相対的に温度が高くなる内部に順次入り込みなが
ら通流し、相対的に最も高温となる単位燃料電池の中心
部の付近から排出されることになる。溝51A内を通流
する空気は、前述のように酸化剤電極膜7Bで生成され
る水蒸気を吸収しながら通流して行くのであるが、この
空気はまた、この実施例の特徴的な構成によって、溝5
1A内を通流しつつ順次昇温されることで、過飽和にな
ることによる凝縮水の生成度合を低減することも可能と
なるのである。
Therefore, the stack according to the present invention, which is provided with the separator 5 having the above-mentioned structure, is the same as that of the first embodiment.
Will have the same action and effect as the stack.
In addition to this, in the stack according to the fifth embodiment, the air flowing in the separator 5 flows while sequentially entering the inside where the temperature is relatively high in the same unit fuel cell, and is relatively the most. It will be discharged from the vicinity of the center of the unit fuel cell, which becomes hot. The air flowing through the groove 51A flows through while absorbing the water vapor generated in the oxidizer electrode film 7B as described above. This air also has a characteristic configuration of this embodiment. , Groove 5
It is possible to reduce the degree of generation of condensed water due to supersaturation by sequentially raising the temperature while flowing through the inside of 1A.

【0099】実施例3〜実施例5における今までの説明
では触れてこなかったが、これ等においても、実施例1
に対する実施例2による構成と同様の構成として、スタ
ックの電極膜の平面方向の外形を小型化することができ
ることは、勿論のことである。 実施例6;図7は、請求項4,5に対応するこの発明の
異なる実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備え
るセパレータの要部を模式的に示して前記の図9の場合
と同一の方向から見た図である。図7において、図6に
示した請求項4,5に対応するこの発明の一実施例によ
る固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータ、お
よび、図8,図9に示した従来例による固体高分子電解
質型燃料電池が備えるセパレータと同一部分には同じ符
号を付し、その説明を省略する。なお、図7中には、図
8,図9で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。
Although not mentioned in the above description of the third to fifth embodiments, the first embodiment also applies to these.
It is needless to say that the outer shape of the electrode film of the stack in the planar direction can be reduced in size by the same structure as that of the second embodiment. Embodiment 6; FIG. 7 is a schematic view showing the main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to different embodiments of the present invention corresponding to claims 4 and 5, and is the same as the case of FIG. It is the figure seen from the direction. In FIG. 7, a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 4 and 5 shown in FIG. 6 and a solid height according to a conventional example shown in FIGS. The same parts as those of the separator included in the molecular electrolyte fuel cell are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 7, only the typical reference numerals are shown as the reference numerals given in FIGS. 8 and 9.

【0100】図7において、6は、図6に示したこの発
明によるセパレータ5に対して、その外形形状を円形状
としたセパレータである。ただし、セパレータ6が有す
る貫通穴825B,826Bは、図示を省略した溝82
1Bに連通されているのであるが、セパレータ6が有す
る溝821Bは、従来例のセパレータ82の場合とは異
なり、貫通穴825Bと貫通穴826Bとの間に、溝5
1Aと同様にして形成されている。また、セパレータ6
では、実施例1に対する実施例2による構成と同様の関
係の構成としている。
In FIG. 7, reference numeral 6 denotes a separator whose outer shape is circular, in contrast to the separator 5 according to the present invention shown in FIG. However, the through holes 825B and 826B included in the separator 6 are not shown in the groove 82.
1B, the groove 821B of the separator 6 is different from the case of the separator 82 of the conventional example in that the groove 5 is formed between the through hole 825B and the through hole 826B.
It is formed in the same manner as 1A. In addition, the separator 6
Then, the configuration is similar to the configuration according to the second embodiment with respect to the first embodiment.

【0101】なお、セパレータ6と、燃料ガス97を通
流させる従来例のセパレータ81に対応するこの発明に
なるセパレータとの関係、および、これ等のセパレータ
を用いて構成される単電池やスタックにかかわる関係
は、前述の実施例1によるセパレータ1の場合と同様で
あるのでその説明は省略する。そうして、セパレータ6
が空気を供給する対象の図示を省略した酸化剤電極膜7
Bの電極面積、セパレータ6が持つ溝51Aの断面寸
法,総延長などは、いずれも前記の実施例5によるセパ
レータ5の場合と同等である。このために、セパレータ
6で得られる動圧Δpu 値なども、セパレータ6の場合
と同等である。したがって、前記の構成を持つセパレー
タ6を備えたこの発明になるスタックは、前述の実施例
5によるスタックと同一の作用・効果を持つことにな
る。すなわち、実施例5と実施例6とを総合すると、こ
の発明になるスタックでは、セパレータの外形は長方形
に限定されるものでは無く、必要に応じて適宜の形状で
形成できる特長を持つと言えるのである。
The relationship between the separator 6 and the separator according to the present invention corresponding to the separator 81 of the conventional example that allows the fuel gas 97 to flow therethrough, and the unit cells and stacks using these separators The relationship involved is the same as in the case of the separator 1 according to the first embodiment described above, and therefore its description is omitted. Then, the separator 6
The oxidant electrode film 7 for supplying air to the electrode is omitted.
The electrode area of B, the cross-sectional dimensions of the groove 51A of the separator 6 and the total extension are all the same as those of the separator 5 according to the fifth embodiment. Therefore, the dynamic pressure Δp u value and the like obtained by the separator 6 are also the same as those of the separator 6. Therefore, the stack according to the present invention including the separator 6 having the above-described structure has the same operation and effect as the stack according to the fifth embodiment. That is, when the fifth embodiment and the sixth embodiment are put together, it can be said that the stack according to the present invention is not limited to the rectangular outer shape of the separator and has a feature that it can be formed in an appropriate shape as needed. is there.

【0102】実施例5,実施例6における今までの説明
では、セパレータが備える反応ガスの通流路は、セパレ
ータの中央部に形成された貫通穴形成部を取り巻くよう
にして、しかも、蛇行するようにして形成されるとして
きたが、これに限定されるものではなく、例えば、反応
ガスの通流路は螺旋状に貫通穴形成部を取り巻くように
して形成されてもよいものである。
In the above description of the fifth and sixth embodiments, the reaction gas flow path provided in the separator is meandering so as to surround the through hole forming portion formed in the central portion of the separator. Although it has been described above, the present invention is not limited to this, and for example, the flow path of the reaction gas may be formed so as to spirally surround the through hole forming portion.

【0103】実施例1〜実施例6における今までの説明
では、スタックが備えるセパレータは、従来例によるセ
パレータ81,82と同様な基本構成を有するとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、異なる
従来例によるセパレータ83,84と同様な基本構成を
有するものであってもよいものである。ただし、実施例
4によるような複数の独立した直列接続路を有するセパ
レータにおいては、互いに同等の圧力値を持つ貫通穴
(例えば、流入口同志のことである。)を、互いに隣接
するように配置する配慮を行うことが、独立した直列接
続路相互間の反応ガスの漏れを低減するうえからは、好
ましいものである。
In the above description of Examples 1 to 6, the separator included in the stack has the same basic structure as the separators 81 and 82 according to the conventional example, but the present invention is not limited to this. For example, it may have the same basic configuration as the separators 83 and 84 according to different conventional examples. However, in the separator having a plurality of independent series connection paths according to the fourth embodiment, the through holes having the same pressure value (for example, inflow ports) are arranged so as to be adjacent to each other. It is preferable that the consideration be given to reduce the leakage of the reaction gas between the independent series connection paths.

【0104】[0104]

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。 セパレータの通流路内を通流する反応ガスの流速と,
反応ガスの通流路の長さが同時に増大されることで、得
られる動圧を増大することができ、通流路の壁面に付着
した水滴をこの大きな動圧を用いて除去することが可能
となる。これにより、反応ガスの均等な分配を達成でき
て、固体高分子電解質型燃料電池(スタック)の発電性
能を、例えば、限界値である0.2〔V〕の発電電圧値
となる電流密度値を約30〔%〕向上することが可能と
なる。
According to the present invention, the following effects can be obtained by adopting the structure described in the section for solving the above-mentioned problems. The flow velocity of the reaction gas flowing through the passage of the separator,
By increasing the length of the flow path of the reaction gas at the same time, it is possible to increase the obtained dynamic pressure, and it is possible to remove water droplets adhering to the wall surface of the flow path using this large dynamic pressure. Becomes As a result, a uniform distribution of the reaction gas can be achieved, and the power generation performance of the solid polymer electrolyte fuel cell (stack) is, for example, a current density value at which a power generation voltage value of 0.2 [V] which is a limit value is obtained. Can be improved by about 30 [%].

【0105】反応ガスの通流路を、反応ガスの流入口
と流出口との間に互いに直列に接続して形成するように
したことで、通流路の断面積に不同があっても反応ガス
の流量は不変にすることができ、反応ガスの不均等な分
配による問題を解消することが可能となる。 反応ガスの通流路を、反応ガスの流入口と流出口との
間に互いに直列に接続して形成するようにしたことで、
流入口と流出口の部分へのマニホールドの設置を不要に
できる。これにより、流入口,流出口を適宜の部位に形
成することが可能となり、スタックの電極膜の平面方向
の外形を小型化できると共に、その製造原価を低減する
ことが可能となる。
The reaction gas flow passage is formed by connecting the reaction gas inflow port and the reaction gas outflow port in series with each other. The flow rate of the gas can be made invariable and the problems due to uneven distribution of the reaction gas can be eliminated. By forming the flow path of the reaction gas by connecting the reaction gas inflow port and the reaction gas flow port in series with each other,
It is possible to eliminate the need for installing manifolds at the inlet and outlet. This makes it possible to form the inflow port and the outflow port in appropriate portions, reduce the outer shape of the electrode film of the stack in the planar direction, and reduce the manufacturing cost thereof.

【0106】反応ガスの通流路を、反応ガスの流入口
と流出口との間に互いに直列に接続して形成して、反応
ガスが分路されないようにすることで、反応ガスの通流
路の断面寸法を増大したとしても、反応ガスの流速とし
て所望の大きな値が得られることになる。これにより、
反応ガスの通流路の断面寸法に関する加工精度が軽減さ
れて、このことによってもスタックの製造原価を低減す
ることが可能となる。
A reaction gas flow path is formed by connecting a reaction gas flow path in series between the reaction gas inflow port and the reaction gas flow out port to prevent the reaction gas from being shunted. Even if the cross-sectional dimension of the passage is increased, a desired large value can be obtained as the flow rate of the reaction gas. This allows
The processing accuracy related to the cross-sectional dimension of the flow path of the reaction gas is reduced, which also makes it possible to reduce the manufacturing cost of the stack.

【0107】前記したように大きな動圧が得られるこ
とは、反応ガスの通流路に滞留される凝縮水を確実に除
去できることであるので、この発明によるスタックで
は、従来例のごとき,反応ガスの通流路を重力方向に沿
って配置しなければならないという制約が解消されるこ
とになる。これにより、スタックを適宜の姿勢で設置す
ることが可能となって、スタックの設置面積を縮小する
ことが可能となる。
Since a large dynamic pressure can be obtained as described above, the condensed water accumulated in the reaction gas passage can be surely removed. Therefore, in the stack according to the present invention, the reaction gas such as the conventional example is used. That is, the restriction that the flow passage of must be arranged along the direction of gravity is eliminated. As a result, the stack can be installed in an appropriate posture, and the installation area of the stack can be reduced.

【0108】反応ガスの流出口をセパレータの中央部
に形成するようにすることで、反応ガスは通流路を通流
しつつ順次昇温されることで、過飽和になることによる
凝縮水の生成度合を低減することが可能となる。
By forming the reaction gas outlet in the central portion of the separator, the reaction gas is sequentially heated while flowing through the passage, and the degree of generation of condensed water due to supersaturation is increased. Can be reduced.

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

【図1】請求項1,2に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータの
要部を模式的に示して後記の図9の場合と同一の方向か
ら見た図
FIG. 1 is a schematic view showing a main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2 and seen from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. Figure

【図2】実施例1によるこの発明になる固体高分子電解
質型燃料電池の単位燃料電池の発電電圧の測定例を、従
来例の場合と比較して示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing an example of measurement of power generation voltage of a unit fuel cell of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention according to Example 1 in comparison with the case of a conventional example.

【図3】請求項1,2に対応するこの発明の異なる実施
例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレー
タの要部を模式的に示して後記の図9の場合と同一の方
向から見た図
FIG. 3 schematically shows the main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to different embodiments of the present invention corresponding to claims 1 and 2 and is viewed from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. Figure

【図4】請求項1,3に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータの
要部を模式的に示して後記の図9の場合と同一の方向か
ら見た図
FIG. 4 is a schematic view showing a main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 3 and viewed from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. Figure

【図5】請求項1,2に対応するこの発明のさらに異な
る実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセ
パレータの要部を模式的に示して後記の図9の場合と同
一の方向から見た図
FIG. 5 is a schematic view showing a main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to still another embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 2, and from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. View

【図6】請求項4,5に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレータの
要部を模式的に示して後記の図9の場合と同一の方向か
ら見た図
FIG. 6 schematically shows a main part of a separator included in a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 4 and 5, and is viewed from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. Figure

【図7】請求項4,5に対応するこの発明の異なる実施
例による固体高分子電解質型燃料電池が備えるセパレー
タの要部を模式的に示して後記の図9の場合と同一の方
向から見た図
FIG. 7 is a schematic view showing a main part of a separator provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to different embodiments of the present invention corresponding to claims 4 and 5, and is viewed from the same direction as in the case of FIG. 9 described later. Figure

【図8】従来例の固体高分子電解質型燃料電池が備える
単位燃料電池の要部を展開した状態で模式的に示してそ
の上部側から見た断面図
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an essential part of a unit fuel cell provided in a solid polymer electrolyte fuel cell of a conventional example in an expanded state and seen from the upper side thereof.

【図9】図8中に示したセパレータの図8におけるP矢
方向から見た図
9 is a view of the separator shown in FIG. 8 as seen from the direction of arrow P in FIG.

【図10】従来の一例の固体高分子電解質型燃料電池を
模式的に示した要部の構成図で,(a)はその側面図、
(b)はその上面図
FIG. 10 is a configuration diagram of a main part schematically showing a conventional solid polymer electrolyte fuel cell, in which (a) is a side view thereof,
(B) Top view

【図11】図10におけるQ部の詳細断面図11 is a detailed sectional view of a Q portion in FIG.

【図12】従来例の固体高分子電解質型燃料電池が備え
る異なる事例の単位燃料電池の要部を展開した状態で模
式的に示してその上部側から見た断面図
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an essential part of a unit fuel cell of a different case included in a solid polymer electrolyte fuel cell of a conventional example in an expanded state and seen from the upper side thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セパレータ 11A 溝 821A 部分通流路(溝) 825A 貫通穴 826A 貫通穴 825B 貫通穴 826B 貫通穴 1 Separator 11A Groove 821A Partial flow path (groove) 825A Through hole 826A Through hole 825B Through hole 826B Through hole

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シート状の固体高分子電解質材の電解質膜
と,その両主面のそれぞれに接合された燃料電極膜およ
び酸化剤電極膜とを有し,燃料ガスおよび酸化剤ガスの
供給を受けて直流電力を発生する燃料電池セルと、燃料
電池セルの両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータとを備え、 セパレータは、燃料電池セルに供給される前記のガスが
セパレータに流入される流入口と、前記のガスがセパレ
ータから流出される流出口と、セパレータの燃料電池セ
ルと対向される側の面に沿って形成されて前記のガスを
通流させると共に,前記の流入口および流出口に連通さ
れた通流路とを有し、この通流路は、前記のガスを通流
路に通流させる際に発生する圧力降下値が、通流路が持
つ水保持力ヘッド値よりも大きくなるように設定されて
なる、固体高分子電解質型燃料電池において、 セパレータは、燃料電池セルに対向する面に対してほぼ
直交し,しかも,互いにほぼ平行する一対の端面を有
し、前記の通流路はこの端面にほぼ直交される関係で複
数が互いにほぼ平行されて形成された部分通流路を主体
として形成され、これ等の部分通流路は、前記のガスの
通流に関して互いに直列に接続された部分を有して前記
の流入口および流出口に連通されてなることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。
1. A sheet-shaped solid polymer electrolyte material having an electrolyte membrane, and a fuel electrode film and an oxidant electrode film bonded to both main surfaces thereof, respectively, for supplying fuel gas and oxidant gas. A fuel cell that receives and generates direct-current power is provided, and a separator that is arranged to face each of both main surfaces of the fuel cell, and the separator supplies the gas supplied to the fuel cell to the separator. And an outlet through which the gas flows out from the separator, and the inlet is formed along the surface of the separator facing the fuel cell to allow the gas to flow therethrough. And a flow passage communicated with the outflow port. The flow passage has a water retention force head having a pressure drop value generated when the gas is caused to flow through the flow passage. Set to be greater than the value In the solid polymer electrolyte fuel cell, the separator has a pair of end faces that are substantially orthogonal to the face facing the fuel cell and are substantially parallel to each other. Is formed mainly by partial flow passages formed by being substantially parallel to each other in a relationship substantially orthogonal to each other, and these partial flow passages are portions connected in series with each other with respect to the flow of the gas. A solid polyelectrolyte fuel cell, comprising:
【請求項2】請求項1に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 セパレータが有する複数の部分通流路は、燃料電池セル
に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスがセパレータに
流入される流入口と,前記のガスがセパレータから流出
される流出口との間に、その全てが互いに直列に接続さ
れて連通されてなることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein in the plurality of partial flow passages of the separator, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell are introduced into the separator. A solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that all of them are connected in series and communicated with each other between an inlet and an outlet through which the gas flows out from the separator.
【請求項3】請求項1に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 セパレータが有する複数の部分通流路は、燃料電池セル
に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスがセパレータに
流入される流入口と,前記のガスがセパレータから流出
される流出口との間に、その一部の複数が互いに直列に
接続された直列接続群を複数形成し、この部分通流路の
直列接続群は、互いに並列となる相互関係とされて、流
入口と流出口とにそれぞれ連通されてなることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。
3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein in the plurality of partial flow passages of the separator, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell are introduced into the separator. Between the inflow port and the outflow port from which the gas flows out from the separator, a plurality of series connection groups, some of which are connected in series, are formed, and the series connection group of the partial flow passages is A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the solid polymer electrolyte fuel cells are arranged in parallel with each other and are respectively connected to an inlet and an outlet.
【請求項4】シート状の固体高分子電解質材の電解質膜
と,その両主面のそれぞれに接合された燃料電極膜およ
び酸化剤電極膜とを有し,燃料ガスおよび酸化剤ガスの
供給を受けて直流電力を発生する燃料電池セルと、燃料
電池セルの両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータとを備え、 セパレータは、燃料電池セルに供給される前記のガスが
セパレータに流入される流入口と、前記のガスがセパレ
ータから流出される流出口と、セパレータの燃料電池セ
ルと対向される側の面に沿って形成されて前記のガスを
通流させると共に,前記の流入口および流出口に連通さ
れた通流路とを有し、この通流路は、前記のガスを通流
路に通流させる際に発生する圧力降下値が、通流路が持
つ水保持力ヘッド値よりも大きくなるように設定されて
なる、固体高分子電解質型燃料電池において、 セパレータが有する通流路は、流入口および流出口の内
の一方を囲むようにして,しかも,前記のガスの通流に
関して連続させて形成され、この通流路の一方の端部
は、流入口および流出口の内の一方に接続され、この通
流路の他方の端部は、通流路が形成された領域の外側に
形成された流入口および流出口の内の他方に接続されて
なることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
4. An electrolyte membrane of a sheet-shaped solid polymer electrolyte material, and a fuel electrode membrane and an oxidizer electrode membrane bonded to both main surfaces of the electrolyte membrane. A fuel cell that receives and generates direct-current power is provided, and a separator that is arranged to face each of both main surfaces of the fuel cell, and the separator supplies the gas supplied to the fuel cell to the separator. And an outlet through which the gas flows out from the separator, and the inlet is formed along the surface of the separator facing the fuel cell to allow the gas to flow therethrough. And a flow passage communicated with the outflow port. The flow passage has a water retention force head having a pressure drop value generated when the gas is caused to flow through the flow passage. Set to be greater than the value In the solid polymer electrolyte fuel cell, the flow path of the separator is formed so as to surround one of the inflow port and the outflow port, and is continuously formed with respect to the flow of the gas. One end of the flow channel is connected to one of the inflow port and the outflow port, and the other end of the flow channel is connected to the inflow port formed outside the region where the flow channel is formed. A solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that it is connected to the other of the outlets.
【請求項5】請求項4に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 セパレータは、燃料電池セルに供給される燃料ガスおよ
び酸化剤ガスがセパレータに流入される流入口を通流路
が形成された領域の外側に形成し、前記のガスがセパレ
ータから流出される流出口を通流路が形成された領域の
中央部に形成してなることを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
5. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the separator has an inflow passage through which a fuel gas and an oxidant gas supplied to the fuel cell are introduced into the separator. The solid polymer electrolyte fuel cell is characterized in that the solid polymer electrolyte fuel cell is formed on the outside of the region where the gas flows out from the separator and is formed at the center of the region where the flow passage is formed.
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