JPH11233125A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JPH11233125A
JPH11233125A JP10030145A JP3014598A JPH11233125A JP H11233125 A JPH11233125 A JP H11233125A JP 10030145 A JP10030145 A JP 10030145A JP 3014598 A JP3014598 A JP 3014598A JP H11233125 A JPH11233125 A JP H11233125A
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gas
fuel cell
fuel
separator
portions
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Yuichiro Kosaka
祐一郎 小坂
Takamasa Kawagoe
敬正 川越
Shigetoshi Sugita
成利 杉田
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure excellent gas diffusibility and drainability by simple constitution. SOLUTION: This fuel cell is provided with a first and second separators 14, 16 for sandwiching a cell 12 of the fuel cell. The first separator 14 has fuel gas passages 40a-40n, the narrow first passage parts 42a-42n and the wide first enlarged parts 44a-44n are provided in the fuel gas passages 40a-40n alternately along the gravitational direction to be communicated, and gas pressure is fluctuated by repeating acceleration and deceleration to enhance gas diffusibility and drainability.

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】本発明は、電解質をアノード
側電極とカソード側電極で挟んで構成された燃料電池セ
ルと、前記燃料電池セルを挟持する第1および第2セパ
レータとを備えた燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell comprising a fuel cell having an electrolyte sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and first and second separators sandwiching the fuel cell. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質の両
側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対
設して構成された燃料電池構造体(以下、燃料電池セル
という)を、セパレータによって挟持することにより構
成されており、通常、この燃料電池セルを所定数だけ積
層して燃料電池セルスタックとして使用されている。
2. Description of the Related Art For example, a polymer electrolyte fuel cell has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte comprising a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). A structure (hereinafter, referred to as a fuel cell) is sandwiched between separators. Usually, a predetermined number of the fuel cells are stacked and used as a fuel cell stack.

【0003】この種の燃料電池において、アノード側電
極に供給された燃料ガス、例えば、水素は、触媒電極上
で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介して
カソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が
外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用
される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、酸
素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソ
ード側電極において、前記水素イオン、前記電子および
酸素が反応して水が生成される。
[0003] In this type of fuel cell, a fuel gas, for example, hydrogen, supplied to the anode electrode is hydrogen-ionized on the catalyst electrode, and moves toward the cathode electrode via a moderately humidified electrolyte. . The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since the cathode-side electrode is supplied with an oxidizing gas, for example, oxygen gas or air, the hydrogen ions, the electrons, and oxygen react at the cathode-side electrode to generate water.

【0004】ところで、アノード側電極およびカソード
側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
ために、通常、触媒電極層に導電性を有する多孔質層、
例えば、カーボンペーパがセパレータにより挟持される
とともに、前記セパレータには、均一な幅寸法に設定さ
れた1本または複数本のガス流路が設けられている。
In order to supply a fuel gas and an oxidizing gas to the anode electrode and the cathode electrode, respectively, a porous layer having conductivity is usually provided on the catalyst electrode layer.
For example, carbon paper is sandwiched between separators, and the separator is provided with one or a plurality of gas passages having a uniform width.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では、セパレータのガス流路を流れる燃料ガスおよ
び酸化剤ガスが、多孔質層自体の拡散機能のみにより触
媒電極層に拡散供給されている。このため、セパレータ
のガス流路におけるガス流量やガス圧力の変動に起因し
て触媒電極層へのガス拡散性が変化し易くなり、セル性
能が不安定になるという問題が指摘されている。
However, in the above configuration, the fuel gas and the oxidizing gas flowing through the gas flow path of the separator are diffused and supplied to the catalyst electrode layer only by the diffusion function of the porous layer itself. For this reason, it has been pointed out that the gas diffusibility to the catalyst electrode layer tends to change due to the fluctuation of the gas flow rate and the gas pressure in the gas flow path of the separator, and the cell performance becomes unstable.

【0006】さらに、ガス流路内には、凝結水分や反応
によって生成された水分が、液体(水)の状態で存在す
ることがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料
ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下し
てしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。そ
こで、多孔質層を撥水化することにより対応することが
考えられるが、手間がかかるとともに、コストの高騰が
惹起されるという問題がある。
Further, condensed water and water generated by the reaction may exist in the gas flow path in a liquid (water) state. If the water accumulates in the porous layer, the diffusivity of the fuel gas and the oxidizing gas into the catalyst electrode layer is reduced, and the cell performance may be significantly deteriorated. Therefore, it is conceivable to cope with the problem by making the porous layer water-repellent, but there is a problem in that it is troublesome and causes a rise in cost.

【0007】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、簡単な構成で、良好なガス拡散性および排水性を
確保することが可能な燃料電池を提供することを目的と
する。
An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of ensuring good gas diffusion and drainage with a simple structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池で
は、燃料電池セルを挟持する第1および第2セパレータ
が、アノード側電極およびカソード側電極に燃料ガスお
よび酸化剤ガスを供給する第1および第2流路を有する
とともに、この第1および第2流路が、前記第1および
第2セパレータの面方向に所定の幅寸法に設定された第
1および第2通路部と、前記第1および第2セパレータ
の面方向に前記第1および第2通路部よりも大きな幅寸
法に設定されて該第1および第2通路部に連通する第1
および第2拡大部とを交互に有している。
In the fuel cell according to the present invention, the first and second separators sandwiching the fuel cell include first and second separators for supplying a fuel gas and an oxidizing gas to the anode and the cathode, respectively. A first and a second flow path, wherein the first and the second flow paths are provided with a first and a second flow path portion having a predetermined width dimension in a plane direction of the first and the second separator; And a first width which is set in the plane direction of the second separator to be larger than the first and second passages and communicates with the first and second passages.
And the second enlarged portion are alternately provided.

【0009】このため、第1および第2流路に供給され
た燃料ガスおよび酸化剤ガスは、第1および第2通路部
から第1および第2拡大部に導入される毎に減速されて
ガス圧力が増大し、ガス拡散性が有効に向上する。一
方、燃料ガスおよび酸化剤ガスが第1および第2拡大部
から第1および第2通路部に導入される際には、ガス流
速が速くなって減圧され、第1および第2流路内の水分
の排出が円滑かつ確実に行われる。
For this reason, the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the first and second passages are decelerated each time they are introduced from the first and second passages into the first and second enlarged portions. The pressure is increased, and the gas diffusivity is effectively improved. On the other hand, when the fuel gas and the oxidizing gas are introduced from the first and second enlarged portions into the first and second passages, the gas flow speed is increased and the pressure is reduced, and the gas flow in the first and second passages is reduced. Water is smoothly and reliably discharged.

【0010】さらに、ガス拡散性が向上するため、第1
および第2セパレータに設けられる第1および第2流路
のそれぞれの間隔を大きく設定することができる。これ
により、第1および第2セパレータの燃料電池セルを挟
持する接触面積が増大し、各燃料電池セルの内部抵抗を
低減してセル性能を良好に維持することが可能になる。
Further, since the gas diffusibility is improved, the first
The distance between the first and second flow channels provided in the second and second separators can be set large. As a result, the contact area between the first and second separators that sandwiches the fuel cell is increased, and the internal resistance of each fuel cell is reduced, so that good cell performance can be maintained.

【0011】また、第1および第2流路が、それぞれ重
力方向に交差する水平方向に複数本ずつ設けられるとと
もに、前記水平方向に沿って互いに隣り合う第1および
第2流路は、それぞれの第1および第2通路部と第1お
よび第2拡大部とを交互に配置している。従って、アノ
ード側電極およびカソード側電極の反応面(発電面)全
面に燃料ガスおよび酸化剤ガスを均一かつ確実に拡散供
給することができる。
A plurality of first and second flow paths are provided in a horizontal direction intersecting the direction of gravity, and the first and second flow paths adjacent to each other along the horizontal direction are each The first and second passage portions and the first and second enlarged portions are alternately arranged. Therefore, the fuel gas and the oxidizing gas can be uniformly and reliably diffused and supplied over the entire reaction surface (power generation surface) of the anode electrode and the cathode electrode.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
に係る燃料電池10の要部分解斜視図であり、図2は、
前記燃料電池10の概略縦断面説明図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional explanatory view of the fuel cell 10.

【0013】燃料電池10は、燃料電池セル12と、こ
の燃料電池セル12を挟持する第1および第2セパレー
タ14、16とを備え、必要に応じてこれらが複数組だ
け積層されている。燃料電池セル12は、固体高分子電
解質膜18と、この電解質膜18を挟んで配設されるア
ノード側電極20およびカソード側電極22とを有する
とともに、前記アノード側電極20および前記カソード
側電極22には、例えば、カーボンペーパ等の多孔質層
である第1および第2ガス拡散層24、26が配設され
る。
The fuel cell 10 includes a fuel cell 12 and first and second separators 14 and 16 sandwiching the fuel cell 12, and a plurality of sets of these are stacked as necessary. The fuel cell 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 18, an anode 20 and a cathode 22 disposed with the electrolyte 18 interposed therebetween, and the anode 20 and the cathode 22. For example, first and second gas diffusion layers 24 and 26 which are porous layers such as carbon paper are provided.

【0014】燃料電池セル12の両側には、第1および
第2ガスケット28、30が設けられ、前記第1ガスケ
ット28は、アノード側電極20および第1ガス拡散層
24を収納するための大きな開口部32を有する一方、
前記第2ガスケット30は、カソード側電極22および
第2ガス拡散層26を収納するための大きな開口部34
を有する。燃料電池セル12と第1および第2ガスケッ
ト28、30とが、第1および第2セパレータ14、1
6によって挟持される。
First and second gaskets 28 and 30 are provided on both sides of the fuel cell 12. The first gasket 28 has a large opening for accommodating the anode 20 and the first gas diffusion layer 24. While having a part 32,
The second gasket 30 has a large opening 34 for accommodating the cathode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26.
Having. The fuel cell 12 and the first and second gaskets 28 and 30 are connected to the first and second separators 14 and 1.
6 pinched.

【0015】図1および図3に示すように、第1セパレ
ータ14は、その上部側に水素等の燃料ガスを通過させ
るための孔部36aと、冷却水を通過させるための孔部
36bと、酸素または空気である酸化剤ガスを通過させ
るための孔部36cとを設ける。第1セパレータ14の
下部側には、燃料ガスを通過させるための孔部38a
と、冷却水を通過させるための孔部38bと、酸化剤ガ
スを通過させるための孔部38cとが設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the first separator 14 has a hole 36a for passing a fuel gas such as hydrogen, a hole 36b for passing a cooling water, and the like. And a hole 36c for allowing an oxidizing gas, which is oxygen or air, to pass therethrough. In the lower side of the first separator 14, a hole 38a for allowing the fuel gas to pass is provided.
And a hole 38b for passing cooling water and a hole 38c for passing oxidant gas.

【0016】アノード側電極20に対向する第1セパレ
ータ14の面14aには、孔部36a、38aを連通す
る複数本、例えば、14本の燃料ガス流路(第1ガス流
路)40a〜40nが形成される。燃料ガス流路40a
〜40nは、重力方向(矢印A方向)に直交する水平方
向(矢印B方向)にそれぞれ所定間隔Hずつ離間するよ
うに構成されており、前記燃料ガス流路40a〜40n
は、第1セパレータ14の面方向に所定の幅寸法S1に
設定された第1通路部42a〜42nと、この第1通路
部42a〜42nよりも大きな幅寸法S2に設定されて
前記第1通路部42a〜42nに連通する第1拡大部4
4a〜44nとを交互に有している。
On the surface 14a of the first separator 14 facing the anode electrode 20, a plurality of, for example, 14 fuel gas flow paths (first gas flow paths) 40a to 40n communicating with the holes 36a and 38a are provided. Is formed. Fuel gas passage 40a
The fuel gas flow paths 40a to 40n are configured to be separated by a predetermined distance H in a horizontal direction (direction of arrow B) orthogonal to the direction of gravity (direction of arrow A).
The first passages 42a to 42n are set to have a predetermined width S1 in the surface direction of the first separator 14, and the first passages 42a to 42n are set to have a width S2 larger than the first passages 42a to 42n. First enlarged portion 4 communicating with portions 42a to 42n
4a to 44n are alternately provided.

【0017】第1通路部42a〜42nおよび第1拡大
部44a〜44nは、セパレータ14の面14aから所
定の深さに形成された溝部により構成されており、この
第1拡大部44a〜44nは、円形状に設定される。第
1拡大部44a〜44nの直径である幅寸法S2は、第
1通路部42a〜42nの幅寸法S1の5倍〜10倍の
範囲内の寸法に設定されている。第1拡大部44a〜4
4nは、重力方向(矢印A方向)に所定間隔ずつ離間し
て複数個(本実施形態では、6個)ずつ設けられてい
る。
The first passage portions 42a to 42n and the first enlarged portions 44a to 44n are formed by grooves formed at a predetermined depth from the surface 14a of the separator 14, and the first enlarged portions 44a to 44n , Are set in a circular shape. The width S2, which is the diameter of the first enlarged portions 44a to 44n, is set to a value within the range of 5 to 10 times the width S1 of the first passages 42a to 42n. First enlarged portions 44a-4
4n are provided a plurality (six in the present embodiment) at predetermined intervals in the direction of gravity (the direction of arrow A).

【0018】水平方向(矢印B方向)に隣り合う燃料ガ
ス流路40aと40b、燃料ガス流路40bと40c、
…燃料ガス流路40mと40nは、この水平方向に沿っ
て第1拡大部44aと第1通路部42b、第1通路部4
2bと第1拡大部44c、…第1拡大部44mと第1通
路部42nが配置される。すなわち、第1拡大部44a
〜44nは、水平方向に沿って千鳥状に配置されてい
る。
The fuel gas passages 40a and 40b, the fuel gas passages 40b and 40c, which are adjacent in the horizontal direction (the direction of arrow B),
... The fuel gas passages 40m and 40n are formed along the horizontal direction by the first enlarged portion 44a, the first passage portion 42b, and the first passage portion 4.
2b, a first enlarged portion 44c,... A first enlarged portion 44m and a first passage portion 42n are arranged. That is, the first enlarged portion 44a
To 44n are arranged in a staggered manner along the horizontal direction.

【0019】図4に示すように、第2セパレータ16
は、上部側に燃料ガス用孔部46aと、冷却水用孔部4
6bと、酸化剤ガス用孔部46cとが設けられる。この
第2セパレータ16の下部側には、燃料ガス用孔部48
aと、冷却水用孔部48bと、酸化剤ガス用孔部48c
とが設けられる。カソード側電極22に対向する第2セ
パレータ16の面16aには、孔部46c、48cを連
通する酸化剤ガス流路(第2ガス流路)50a〜50n
が形成される。
As shown in FIG. 4, the second separator 16
The fuel gas hole 46a and the cooling water hole 4
6b and an oxidant gas hole 46c. The lower portion of the second separator 16 has a fuel gas hole 48.
a, cooling water hole 48b, and oxidizing gas hole 48c.
Are provided. Oxidant gas flow paths (second gas flow paths) 50a to 50n communicating with the holes 46c and 48c are provided on the surface 16a of the second separator 16 facing the cathode electrode 22.
Is formed.

【0020】酸化剤ガス流路50a〜50nは、燃料ガ
ス流路40a〜40nと同様に、水平方向に並列して設
けられるとともに、重力方向に第2通路部52a〜52
nと第2拡大部54a〜54nとが交互に連通してい
る。第2通路部52a〜52nおよび第2拡大部54a
〜54nは、第1通路部42a〜42nおよび第1拡大
部44a〜44nと同様に構成されており、その詳細な
説明は省略する。
The oxidizing gas passages 50a to 50n are provided in parallel in the horizontal direction similarly to the fuel gas passages 40a to 40n, and the second passage portions 52a to 52
n and the second enlarged portions 54a to 54n communicate alternately. Second passage portions 52a to 52n and second enlarged portion 54a
To 54n have the same configuration as the first passage portions 42a to 42n and the first enlarged portions 44a to 44n, and a detailed description thereof will be omitted.

【0021】このように構成される第1の実施形態に係
る燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the fuel cell 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.

【0022】燃料電池10内に燃料ガスとして水素が供
給されるとともに、酸化剤ガスとして空気(または
2 )が供給される。水素は、第1セパレータ14の孔
部36aから燃料ガス流路40a〜40nに導入され
る。燃料ガス流路40a〜40nに供給された水素は、
第1通路部42a〜42nと第1拡大部44a〜44n
に交互に導入されながら重力方向に沿って下方に移動
し、第1ガス拡散層24を通って燃料電池セル12のア
ノード側電極20に供給される。
Hydrogen is supplied as fuel gas into the fuel cell 10 and air (or O 2 ) is supplied as oxidant gas. Hydrogen is introduced from the hole 36a of the first separator 14 into the fuel gas flow channels 40a to 40n. Hydrogen supplied to the fuel gas flow paths 40a to 40n is
First passage portions 42a to 42n and first enlarged portions 44a to 44n
While being alternately introduced into the fuel cell 12, moves downward along the direction of gravity, and is supplied to the anode 20 of the fuel cell 12 through the first gas diffusion layer 24.

【0023】この場合、第1の実施形態では、例えば、
燃料ガス流路40aに供給された水素は、小さな幅寸法
S1に設定された第1通路部42aと大きな幅寸法S2
に設定された第1拡大部44aとに交互に導入されるた
め、前記水素が前記第1拡大部44aに導入される毎に
減速されてガス圧力が増大する。このため、図5に示す
ように、第1拡大部44a内の水素のガス拡散性が有効
に向上し、この水素を第1ガス拡散層24からアノード
側電極20に有効に供給することができる(図5中、矢
印参照)。
In this case, in the first embodiment, for example,
Hydrogen supplied to the fuel gas flow path 40a passes through the first passage portion 42a set to the small width dimension S1 and the large width dimension S2.
Is alternately introduced into the first enlarged portion 44a, and the gas pressure increases each time the hydrogen is introduced into the first enlarged portion 44a. For this reason, as shown in FIG. 5, the gas diffusivity of hydrogen in the first enlarged portion 44a is effectively improved, and this hydrogen can be effectively supplied from the first gas diffusion layer 24 to the anode 20. (See the arrow in FIG. 5).

【0024】しかも、水素は、第1拡大部44aから寸
法縮小部である第1通路部42aに導入される毎に加速
されてガス圧力が減少する。このため、燃料ガス流路4
0a内に発生する凝結水分等の水が、圧力差を介して第
1拡大部44aから第1通路部42aに円滑かつ確実に
排出され、第1セパレータ14の孔部38aから外部に
導出される。これにより、第1ガス拡散層24に水分が
蓄積されることがなく、アノード側電極20へのガス拡
散性を有効に維持してセル性能を確保することが可能に
なるという効果が得られる。その際、第1ガス拡散層2
4に水の蓄積がないため、この第1ガス拡散層24に対
して撥水化処理を施す必要がないという利点もある。
Moreover, each time hydrogen is introduced from the first enlarged portion 44a into the first passage portion 42a, which is a size reduction portion, the hydrogen is accelerated and the gas pressure decreases. Therefore, the fuel gas flow path 4
Water, such as condensed water, generated in Oa is smoothly and reliably discharged from the first enlarged portion 44a to the first passage portion 42a via a pressure difference, and is led out through the hole 38a of the first separator 14. . Accordingly, there is obtained an effect that moisture is not accumulated in the first gas diffusion layer 24 and the cell performance can be ensured by effectively maintaining gas diffusibility to the anode 20. At this time, the first gas diffusion layer 2
Since there is no accumulation of water in 4, there is also an advantage that it is not necessary to perform a water-repellent treatment on the first gas diffusion layer 24.

【0025】さらに、第1セパレータ14では、水素の
ガス拡散性が有効に向上するため、この第1セパレータ
14に設けられている燃料ガス流路40a〜40nの水
平方向の離間間隔Hを大きく設定することができる。従
って、第1セパレータ14の面14aの第1ガス拡散層
24に接する面積が増大し、燃料電池セル12の内部抵
抗を一挙に低減してセル性能の向上が図られるという効
果がある。
Further, in the first separator 14, the horizontal separation H of the fuel gas passages 40 a to 40 n provided in the first separator 14 is set to be large in order to effectively improve the gas diffusivity of hydrogen. can do. Accordingly, the area of the surface 14a of the first separator 14 in contact with the first gas diffusion layer 24 is increased, and the internal resistance of the fuel cell 12 is reduced at once, thereby improving the cell performance.

【0026】また、燃料ガス流路40a〜40nでは、
第1通路部42a〜42nおよび第1拡大部44a〜4
4nが水平方向に沿って千鳥状に配置されている。これ
により、第1セパレータ14の面14a全面から水素が
有効に拡散され、アノード側電極20の反応面全面に前
記水素を均一かつ確実に供給することが可能になる。結
果的に、燃料電池セル12のセル性能の向上が図られる
ことになる。
In the fuel gas passages 40a to 40n,
First passage portions 42a-42n and first enlarged portions 44a-4
4n are staggered along the horizontal direction. As a result, hydrogen is effectively diffused from the entire surface 14 a of the first separator 14, and the hydrogen can be uniformly and reliably supplied to the entire reaction surface of the anode 20. As a result, the cell performance of the fuel cell 12 is improved.

【0027】一方、図4に示すように、第2セパレータ
16の孔部46cから酸化剤ガス流路50a〜50nに
供給された空気(またはO2 )は、それぞれ幅寸法の異
なる第2通路部52a〜52nと第2拡大部54a〜5
4nに交互に導入され、第2ガス拡散層26からカソー
ド側電極22に供給される。その際、空気(または
2 )は、水素と同様に、第2通路部52a〜52nか
ら第2拡大部54a〜54nに交互に導入されてガス圧
力の増減が惹起され、前記第2拡大部54a〜54nを
介して第2ガス拡散層26に円滑かつ確実に拡散供給さ
れる。
On the other hand, as shown in FIG.
16 holes 46c to the oxidant gas flow paths 50a to 50n.
The supplied air (or OTwo) Indicates different width dimensions
Second passage portions 52a to 52n and second enlarged portions 54a to 54n
4n and alternately introduced from the second gas diffusion layer 26
Is supplied to the gate electrode 22. At that time, air (or
O Two) Are the second passages 52a to 52n, like hydrogen.
Are introduced alternately into the second enlarged portions 54a to 54n, and the gas pressure
An increase or decrease in force is caused, and the second enlarged portions 54a to 54n
Through the second gas diffusion layer 26 smoothly and reliably.
It is.

【0028】なお、図6は、第1の実施形態に係る燃料
電池10と従来の燃料電池とにおける電流密度と電圧の
特性を検出した結果を示している。これにより、第1の
実施形態では、従来例に比べて電流密度が高くなり、セ
ル性能が大幅に向上するという結果が得られる。
FIG. 6 shows the results of detecting the current density and voltage characteristics of the fuel cell 10 according to the first embodiment and the conventional fuel cell. As a result, in the first embodiment, a result is obtained in which the current density is higher than in the conventional example, and the cell performance is greatly improved.

【0029】図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃
料電池を構成する第1セパレータ80の正面説明図であ
る。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10を構成す
る第1セパレータ14と同一の構成要素には同一の参照
符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 7 is an explanatory front view of a first separator 80 constituting a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. The same components as those of the first separator 14 constituting the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0030】第1セパレータ80の面80aには、燃料
ガス流路82a〜82nが設けられており、この燃料ガ
ス流路82a〜82nは、第1通路部84a〜84nと
第1拡大部86a〜86nとを交互に重力方向に連通し
て有している。第1拡大部86a〜86nは略四角形状
を有しており、面80a方向の幅寸法S3が第1通路部
84a〜84nの幅寸法S1の5倍〜10倍の範囲内に
設定されている。
On the surface 80a of the first separator 80, fuel gas passages 82a to 82n are provided. The fuel gas passages 82a to 82n are formed with first passage portions 84a to 84n and first enlarged portions 86a to 86n. 86n alternately in the direction of gravity. The first enlarged portions 86a to 86n have a substantially square shape, and the width S3 in the direction of the surface 80a is set within a range of 5 to 10 times the width S1 of the first passage portions 84a to 84n. .

【0031】図8は、本発明の第3の実施形態に係る燃
料電池を構成する第1セパレータ100の正面説明図で
あり、図9は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池
を構成する第1セパレータ120の正面説明図である。
なお、第1の実施形態に係る燃料電池10を構成する第
1セパレータ14と同一の構成要素には同一の参照符号
を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is an explanatory front view of a first separator 100 constituting a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a perspective view showing a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention. It is a front explanatory view of the 1st separator 120 which comprises.
The same components as those of the first separator 14 constituting the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0032】図8に示すように、第1セパレータ100
の面100aには、燃料ガス流路102a〜102nが
設けられ、この燃料ガス流路102a〜102nは、幅
狭な第1通路部104a〜104nと幅広な第1拡大部
106a〜106nとを重力方向に交互に連通して構成
されている。第1拡大部106a〜106nは略三角形
状を有しており、その幅寸法S4が第1通路部104a
〜104nの幅寸法S1の5倍〜10倍の範囲内に設定
されている。
As shown in FIG. 8, the first separator 100
The fuel gas flow paths 102a to 102n are provided on the surface 100a of the fuel cell, and the fuel gas flow paths 102a to 102n divide the narrow first passage portions 104a to 104n and the wide first enlarged portions 106a to 106n by gravity. It is configured to communicate alternately in the directions. The first enlarged portions 106a to 106n have a substantially triangular shape, and the width dimension S4 thereof is equal to the first passage portion 104a.
It is set in the range of 5 to 10 times the width S1 of ~ 104n.

【0033】図9に示すように、第1セパレータ120
は、面120a側に燃料ガス流路122a〜122nを
設けており、この燃料ガス流路122a〜122nは、
幅狭な第1通路部124a〜124nと幅広な第1拡大
部126a〜126nとを重力方向に交互に連通して構
成されている。第1拡大部126a〜126nは略六角
形状を有しており、その幅寸法S5が第1通路部124
a〜124nの幅寸法S1の5倍〜10倍の範囲内に設
定されている。
As shown in FIG. 9, the first separator 120
Is provided with fuel gas flow paths 122a to 122n on the surface 120a side, and the fuel gas flow paths 122a to 122n
The narrow first passage portions 124a to 124n and the wide first enlarged portions 126a to 126n are alternately connected in the direction of gravity. The first enlarged portions 126a to 126n have a substantially hexagonal shape, and have a width dimension S5 of the first passage portion 124.
The width is set within a range of 5 to 10 times the width S1 of a to 124n.

【0034】このように、第2〜第4の実施形態では、
幅狭な第1通路部84a〜84n、104a〜104
n、124a〜124nと、幅広な第1拡大部86a〜
86n、106a〜106nおよび126a〜126n
とが重力方向に交互に連通して構成されており、燃料ガ
スである水素は、重力方向に移動しながらそのガス圧力
の増加および減少を繰り返す。従って、第1と実施形態
と同様に、水素のガス拡散性が有効に向上するととも
に、水分の排出が確実に遂行され、セル性能を有効に維
持することが可能になるという効果が得られる。
As described above, in the second to fourth embodiments,
Narrow first passage portions 84a to 84n, 104a to 104
n, 124a to 124n and a wide first enlarged portion 86a to
86n, 106a-106n and 126a-126n
Are alternately communicated in the direction of gravity, and hydrogen as the fuel gas repeatedly increases and decreases its gas pressure while moving in the direction of gravity. Therefore, similarly to the first and the embodiments, there is obtained an effect that the gas diffusibility of hydrogen is effectively improved, and the discharge of water is reliably performed, so that the cell performance can be effectively maintained.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池では、燃料電池セ
ルを挟持する第1および第2セパレータに、それぞれ燃
料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための第1および第
2流路が形成されるとともに、この第1および第2流路
は、幅狭な第1および第2通路部と幅広な第1および第
2拡大部とを交互に連通して有している。このため、第
1および第2流路に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガ
スは、加速および減速が行われてガス圧力が変動し、第
1および第2拡大部でこのガス圧力が増大してガス拡散
性が有効に向上する。さらに、第1および第2通路部に
燃料ガスおよび酸化剤ガスが導入される毎にガス流速が
遅くなって減圧されることにより、水分の排出が円滑か
つ確実に行われる。これにより、燃料電池セルのセル性
能を良好に維持することが可能になる。
In the fuel cell according to the present invention, first and second flow paths for supplying fuel gas and oxidizing gas are formed in the first and second separators sandwiching the fuel cell. In addition, the first and second flow passages have narrow first and second passage portions and wide first and second enlarged portions that are alternately communicated with each other. For this reason, the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the first and second flow paths are accelerated and decelerated, and the gas pressure fluctuates, and the gas pressure increases in the first and second enlarged portions. Gas diffusivity is effectively improved. Further, each time the fuel gas and the oxidizing gas are introduced into the first and second passages, the gas flow velocity is reduced and the pressure is reduced, so that the water is smoothly and reliably discharged. This makes it possible to maintain good cell performance of the fuel cell unit.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部
分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】前記燃料電池の概略縦断面説明図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional explanatory view of the fuel cell.

【図3】前記燃料電池を構成する第1セパレータの正面
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory front view of a first separator constituting the fuel cell.

【図4】前記燃料電池を構成する第1セパレータの正面
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory front view of a first separator constituting the fuel cell.

【図5】前記第1セパレータの動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory view of the first separator.

【図6】前記燃料電池と従来例の燃料電池とにおける電
圧と電流密度の特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram of voltage and current density in the fuel cell and a conventional fuel cell.

【図7】本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成
する第1セパレータの正面説明図である。
FIG. 7 is an explanatory front view of a first separator included in a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成
する第1セパレータの正面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory front view of a first separator constituting a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成
する第1セパレータの正面説明図である。
FIG. 9 is an explanatory front view of a first separator included in a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料電池 12…燃料電池セル 14、16、80、100、120…セパレータ 18…電解質膜 20…アノード側電
極 22…カソード側電極 24、26…ガス拡
散層 28、30…ガスケット 40a〜40n、82a〜82n、102a〜102
n、122a〜122n…燃料ガス流路 42a〜42n、52a〜52n、84a〜84n、1
04a〜104n、124a〜124n…通路部 44a〜44n、54a〜54n、86a〜86n、1
06a〜106n、126a〜126n…拡大部 50a〜50n…酸化剤ガス流路
Reference Signs List 10 fuel cell 12 fuel cell 14, 16, 80, 100, 120 separator 18 electrolyte membrane 20 anode electrode 22 cathode electrode 24, 26 gas diffusion layer 28, 30 gasket 40a to 40n 82a to 82n, 102a to 102
n, 122a to 122n ... fuel gas flow paths 42a to 42n, 52a to 52n, 84a to 84n, 1
04a to 104n, 124a to 124n ... passage portions 44a to 44n, 54a to 54n, 86a to 86n, 1
06a to 106n, 126a to 126n: Enlarged portion 50a to 50n: Oxidant gas flow path

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電解質をアノード側電極とカソード側電極
で挟んで構成される燃料電池セルと、前記燃料電池セル
を挟持する第1および第2セパレータとを備え、 前記第1および第2セパレータは、前記アノード側電極
および前記カソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガス
を供給する第1および第2ガス流路を有するとともに、 前記第1および第2ガス流路は、前記第1および第2セ
パレータの面方向に所定の幅寸法に設定された第1およ
び第2通路部と、 前記第1および第2セパレータの面方向に前記第1およ
び第2通路部よりも大きな幅寸法に設定されて該第1お
よび第2通路部に連通する第1および第2拡大部と、 を交互に有することを特徴とする燃料電池。
1. A fuel cell comprising an electrolyte sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and first and second separators sandwiching the fuel cell, wherein the first and second separators are And first and second gas flow paths for supplying a fuel gas and an oxidizing gas to the anode-side electrode and the cathode-side electrode, wherein the first and second gas flow paths are the first and second separators. A first and a second passage portion having a predetermined width dimension in the surface direction of the first and second passage portions; and a first and a second passage portion having a width dimension larger than the first and second passage portions in the surface direction of the first and second separators. And a first and a second enlarged portion communicating with the first and the second passage portions, alternately.
【請求項2】請求項1記載の燃料電池において、前記第
1および第2ガス流路は、それぞれ重力方向に直交する
水平方向に並列して複数本ずつ設けられており、 前記重力方向に前記第1および第2通路部と前記第1お
よび第2拡大部とが交互に連通して設けられるととも
に、 前記水平方向に隣り合う該第1および第2ガス流路は、
該水平方向に沿って前記第1および第2通路部と前記第
1および第2拡大部とが交互に配置されることを特徴と
する燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of the first and second gas flow paths are provided in parallel in a horizontal direction orthogonal to the direction of gravity. The first and second passage portions and the first and second enlarged portions are provided so as to be alternately communicated with each other, and the first and second gas passages adjacent in the horizontal direction are:
A fuel cell, wherein the first and second passage portions and the first and second enlarged portions are alternately arranged along the horizontal direction.
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