KR20220075363A

KR20220075363A - 연료 전지용 세퍼레이터

Info

Publication number: KR20220075363A
Application number: KR1020227014183A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 시노자키; 사토시 후타미
Original assignee: 도요타 샤타이 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-06-08
Also published as: US20220407087A1; JP7192759B2; EP4084160A1; CN114667619A; JP2021099975A; WO2021131138A1

Abstract

연료 전지용 세퍼레이터는, 복수의 돌조(突條)와 복수의 가스 유로부를 구비한다. 돌조의 각각이 발전부에 당접하도록 구성된 당접면을 갖는다. 가스 유로부의 각각은, 서로 이웃하는 2개의 돌조 사이에 마련된다. 가스 유로부를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류 측과 하류 측을 참조한다. 돌조의 각각은, 하류 측 단부(端部)를 갖는다. 돌조에서의 당접면에는, 돌조의 연장 방향을 따라 연장되는 제1홈이 마련되어 있다. 돌조의 하류 측 단부에는, 당접면에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 발전부로부터 이간(離間)하는 이간면이 마련되어 있다. 이간면에는, 제1홈에 이어지는 제2홈이 마련되어 있다.

Description

연료 전지용 세퍼레이터

본 개시는 연료 전지용 세퍼레이터에 관한 것이다.

종래, 고체 고분자형 연료 전지는, 적층된 복수의 단(單)셀을 갖는 스택을 구비하고 있다. 단셀은, 막전극 접합체를 갖는 발전부와, 복수의 볼록부 및 오목부가 교대로 형성되어, 발전부를 협지(挾持)하는 한 쌍의 금속제의 세퍼레이터를 포함한다. 예를 들면, 특허문헌 1 참조.

단셀을 구성하는 각 세퍼레이터와 발전부 사이에는, 상기 볼록부 및 오목부에 의해 구획되고, 연료 가스나 산화 가스를 공급하는 가스 유로가 형성되어 있다. 각 가스 유로에 수소 등의 연료 가스, 및 산소 등의 산화 가스가 공급된다. 이에 따라, 막전극 접합체 내에서의 연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전이 행해진다.

일본 특허공개 2019-204659호 공보

그런데, 상술한 전기 화학 반응에 의해 생성된 물(이하, 생성수라고 함)은, 캐소드 측의 가스 유로, 즉 산화 가스가 공급되는 가스 유로에 유입(流入)된다. 이러한 생성수는, 가스 유로를 흐르는 산화 가스의 압력에 의해 외부로 배출된다. 그러나, 생성수의 양이 많아졌을 경우에는, 가스 유로가 생성수에 의해 폐색되거나, 산화 가스의 압력 손실이 과도하게 증대할 우려가 있다.

본 개시의 목적은, 생성수의 배출성을 높일 수 있는 연료 전지용 세퍼레이터를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 연료 전지용 세퍼레이터는, 연료 전지의 발전부에 당접하도록 구성된다. 연료 전지용 세퍼레이터는, 서로 간격을 두고 병렬로 연장됨과 함께 상기 발전부에 당접하도록 구성된 복수의 돌조(突條)로서, 상기 돌조의 각각이 상기 발전부에 당접하도록 구성된 당접면을 갖는, 복수의 돌조와, 서로 이웃하는 2개의 상기 돌조 사이에 마련되고, 반응 가스가 흐르도록 구성된 복수의 가스 유로부를 구비한다. 상기 가스 유로부를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류 측과 하류 측을 참조할 때,

상기 돌조의 각각은, 하류 측 단부(端部)를 갖고,

상기 돌조에서의 상기 당접면에는, 상기 돌조의 연장 방향을 따라 연장되는 제1홈이 마련되어 있다. 상기 돌조의 상기 하류 측 단부에는, 상기 당접면에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 상기 발전부로부터 이간(離間)하는 이간면이 마련되어 있다. 상기 이간면에는, 상기 제1홈에 이어지는 제2홈이 마련되어 있다.

동(同) 구성에 의하면, 연료 전지의 발전에 수반하여 발생하는 생성수는, 발전부에 당접하는 돌조의 당접면에 마련된 제1홈으로 유입됨과 함께 하류 측을 향해 이동한다. 그리고, 제1홈의 하류 측 단부에 도달한 생성수는, 당접면에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 발전부로부터 이간하는 이간면에 마련된 제2홈으로 유입됨과 함께 하류 측을 향해 이동하게 된다. 따라서, 생성수의 배출성을 높일 수 있다.

상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 이간면은, 하류 측일수록 상기 발전부로부터 이간하도록 경사지는 경사면인 것이 바람직하다.

동 구성에 의하면, 제2홈으로 유입된 생성수가, 경사면의 경사를 이용하여 하류 측을 향해 원활하게 이동하기 쉬워진다. 이에 따라, 생성수가 원활하게 배출되기 쉬워지므로, 생성수의 배출성을 한층 높일 수 있다.

상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 복수의 돌조가, 서로 간격을 두고 직렬로 마련되어 있고, 상기 제2홈이, 상기 돌조의 각각의 상기 이간면에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

동 구성에 의하면, 복수의 돌조가 서로 간격을 두고 직렬로 마련되어 있다. 그 때문에, 서로 직렬하는 2개의 돌조끼리의 사이를 통해, 이들 2개의 돌조에 인접하는 가스 유로부끼리 연통(連通)된다. 이에 따라, 반응 가스의 분배성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 돌조의 하류 측 단부에 제2홈이 마련되어 있기 때문에, 각 돌조의 제1홈으로 유입된 생성수가 제2홈을 통해 하류 측을 향해 배출된다. 이상으로부터, 반응 가스의 분배성의 향상과, 생성수의 배출성의 향상의 양립을 도모할 수 있다.

상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 당접면에는, 상기 제1홈과 상기 가스 유로부를 연통하는 제3홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

동 구성에 의하면, 제1홈과 가스 유로부를 연통하는 제3홈이 당접면에 마련되어 있다. 그 때문에, 발전부로부터 제1홈으로 유입된 생성수의 일부는 제2홈을 향해 흐르는 한편, 생성수의 다른 일부는 제3홈을 통해 가스 유로부를 향해 흐르게 된다. 이에 따라, 발전부로부터 제1홈으로 유입된 생성수는, 제2홈과 가스 유로부의 쌍방을 통해 하류 측을 향해 흐르게 되기 때문에, 생성수의 배출성을 한층 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 생성수를 배출하기 위한 복수의 경로를 마련함으로써, 생성수가 세퍼레이터의 일부에 체류하는 것을 억제할 수 있다.

상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제3홈은, 상기 당접면에 마련된 복수의 제3홈 중 하나이며, 상기 제3홈의 상기 당접면에서 차지하는 비율은, 상류 측보다 하류 측에서 작은 것이 바람직하다.

발전부에 있어서의 생성수는, 가스 유로부를 상류 측으로부터 하류 측을 향해 흐르기 때문에, 가스 유로부에 있어서의 하류 측의 부분일수록 생성수가 체류하기 쉬워진다.

상기 구성에 의하면, 제3홈의 당접면에서 차지하는 비율이 상류 측보다 하류 측에서 작다. 이 때문에, 제3홈을 통해 제1홈으로부터 가스 유로부를 향해 흐르는 생성수의 양이, 상류 측보다 하류 측에서 적어진다. 이에 따라, 제1홈 내에서의 상류 측의 생성수에 대해서는, 제1홈 내를 하류 측을 향해 흐르는 것보다 제3홈을 통해 가스 유로부를 향해 배출되기 쉬워진다. 또한, 제1홈 내에서의 하류 측의 생성수에 대해서는, 제3홈을 통해 가스 유로부를 향해 배출되는 것보다, 제2홈을 통해 하류 측을 향해 배출되기 쉬워진다. 이상으로부터, 제1홈 내로 생성수가 과도하게 흐름으로써 제1홈 내가 생성수에 의해 폐색되는 것을 억제하면서, 가스 유로부의 하류 측에 생성수가 과도하게 체류하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 제3홈의 당접면에서 차지하는 비율을 적절히 변경함으로써, 제1홈 내의 생성수를 배출함에 있어서, 제3홈을 통해 배출하는 생성수의 양과, 제2홈을 통해 배출하는 생성수의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 생성수를 효율적으로 배출할 수 있다.

본 개시에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 의하면, 생성수의 배출성을 높일 수 있다.

도 1은 연료 전지용 세퍼레이터의 일 실시형태에 대해서, 상기 세퍼레이터를 갖는 단셀을 중심으로 한 연료 전지 스택의 단면도.
도 2는 동 실시형태의 제2 세퍼레이터의 평면도.
도 3은 동 실시형태의 제2 세퍼레이터에 있어서의 돌조의 상류 측의 부분을 나타내는 사시도.
도 4는 동 실시형태의 제2 세퍼레이터에 있어서의 돌조의 하류 측 단부를 나타내는 사시도.
도 5는 제1 변경예의 제2 세퍼레이터의 돌조를 나타내는 사시도.
도 6은 제2 변경예의 제2 세퍼레이터의 돌조를 나타내는 사시도.
도 7은 제3 변경예의 제2 세퍼레이터의 돌조를 나타내는 사시도.

이하, 도 1 ∼ 도 4를 참조하여, 연료 전지용 세퍼레이터의 일 실시형태에 대해서 설명한다.

각 도면에서는, 설명의 편의상, 구성의 일부를 과장 또는 간략화하여 나타낼 경우가 있다. 또한, 각 부분의 치수 비율에 대해서는 실제와 다를 경우가 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 연료 전지용 세퍼레이터(이하, 세퍼레이터(20)라고 함)는, 고체 고분자형 연료 전지의 스택(100)에 이용되는 것이다. 또, 세퍼레이터(20)는, 후술하는 제1 세퍼레이터(30) 및 제2 세퍼레이터(50)의 총칭이다.

스택(100)은, 적층된 복수의 단셀(10)을 구비한 구조를 갖고 있다. 단셀(10)은, 애노드 측의 제1 세퍼레이터(30)와, 캐소드 측의 제2 세퍼레이터(50)에 의해 협지된 발전부(11)를 구비하고 있다.

발전부(11)는, 막전극 접합체(12)와, 막전극 접합체(12)를 협지하는 애노드 측 가스 확산층(15) 및 캐소드 측 가스 확산층(16)에 의해 구성되어 있다. 애노드 측 가스 확산층(15)은, 막전극 접합체(12)와 제1 세퍼레이터(30) 사이에 마련되어 있다. 캐소드 측 가스 확산층(16)은, 막전극 접합체(12)와 제2 세퍼레이터(50) 사이에 마련되어 있다. 애노드 측 가스 확산층(15) 및 캐소드 측 가스 확산층(16)은, 모두 탄소 섬유에 의해 형성되어 있다.

막전극 접합체(12)는, 습윤 상태에서 양호한 프로톤 전도성을 갖는 고체 고분자 재료로 이루어지는 전해질막(13)과, 전해질막(13)을 협지하는 한 쌍의 전극 촉매층(14)을 구비하고 있다. 각 전극 촉매층(14)에는, 연료 전지에 있어서의 반응 가스의 전기 화학 반응을 촉진하기 위해, 예를 들면 백금 등의 촉매가 담지(擔持)되어 있다.

제1 세퍼레이터(30)는, 예를 들면, 스테인리스강 등의 금속판재를 프레스 성형함으로써 형성되어 있다. 제1 세퍼레이터(30)에 있어서의 발전부(11)에 대향하는 부분에는, 반응 가스를 발전부(11) 전체에 분배하는 분배부(40)가 형성되어 있다. 분배부(40)는, 서로 간격을 두고 병렬로 연장됨과 함께 발전부(11)에 당접하도록 구성된 복수의 돌조(41)와, 서로 이웃하는 2개의 돌조(41) 사이에 마련되고, 반응 가스가 흐르도록 구성된 복수의 가스 유로부(42)를 갖고 있다. 각 돌조(41)는, 애노드 측 가스 확산층(15)에 당접해 있다. 또, 각 돌조(41) 및 가스 유로부(42)는, 도 1의 지면(紙面)에 직교하는 방향으로 연장되어 있다.

제2 세퍼레이터(50)는, 예를 들면, 스테인리스강 등의 금속판재를 프레스 성형함으로써 형성되어 있다. 제2 세퍼레이터(50)에 있어서의 발전부(11)에 대향하는 부분에는, 반응 가스를 발전부(11) 전체에 분배하는 분배부(60)가 형성되어 있다. 분배부(60)는, 서로 간격을 두고 병렬로 연장됨과 함께 발전부(11)에 당접하도록 구성된 복수의 돌조(61)와, 서로 이웃하는 2개의 돌조(61) 사이에 마련되고, 반응 가스가 흐르도록 구성된 복수의 가스 유로부(62)를 갖고 있다. 각 돌조(61)는, 캐소드 측 가스 확산층(16)에 당접해 있다. 또, 각 돌조(61) 및 가스 유로부(62)는, 도 1의 지면에 직교하는 방향으로 연장되어 있다.

제1 세퍼레이터(30)의 가스 유로부(42)와 애노드 측 가스 확산층(15)으로 구획되는 부분에는, 반응 가스로서의 연료 가스가 유통하는 연료 가스 유로가 형성되어 있다. 제2 세퍼레이터(50)의 가스 유로부(62)와 캐소드 측 가스 확산층(16)으로 구획되는 부분에는, 반응 가스로서의 산화 가스가 유통하는 산화 가스 유로가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 연료 가스 유로를 유통하는 연료 가스는 수소이고, 산화 가스 유로를 유통하는 산화 가스는 공기이다.

제1 세퍼레이터(30)에 있어서의 가스 유로부(42)의 저부(底部)와, 동 제1 세퍼레이터(30)에 이웃하는 제2 세퍼레이터(50)의 가스 유로부(62)의 저부는, 레이저 용접 등에 의해 서로 접합되어 있다. 제1 세퍼레이터(30)의 돌조(41)의 이면(裏面)과, 제2 세퍼레이터(50)에 있어서의 돌조(61)의 이면으로 구획되는 부분에는, 냉각수가 유통하는 냉각수 유로가 형성되어 있다.

본 실시형태의 스택(100)에 있어서는, 연료 가스 유로에 공급된 연료 가스와, 산화 가스 유로에 공급된 산화 가스가 발전부(11)에 있어서 전기 화학 반응함으로써 발전이 행해진다. 이때, 캐소드 측의 전극 촉매층(14) 및 캐소드 측 가스 확산층(16)에는, 연료 가스와 산화 가스, 즉 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 물(이하, 생성수라고 함)이 생성된다. 이러한 생성수는, 제2 세퍼레이터(50)의 가스 유로부(62)를 흐르는 산화 가스의 압력에 의해 하류 측으로 이동하여 후술하는 산화 가스 배출 매니폴드(53b)를 통해 외부로 배출된다.

다음으로, 제2 세퍼레이터(50)에 대해서 상세히 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제2 세퍼레이터(50)는, 장변 및 단변을 갖는 대략 직사각형 판상(板狀)을 이루고 있다.

이후에 있어서, 제2 세퍼레이터(50)의 장변이 연장되는 방향을 길이 방향이라고 하고, 단변이 연장되는 방향으로서 길이 방향과 직교하는 방향을 폭 방향이라고 한다. 또한, 도 2에서의 우측 및 좌측을 각각 길이 방향의 일방 측, 즉 제1측 및 길이 방향의 타방 측, 즉 제2측으로 하고, 상측 및 하측을 각각 폭 방향의 일방 측, 즉 제1측 및 폭 방향의 타방 측, 즉 제2측으로서 설명한다. 또한, 제2 세퍼레이터(50)의 돌조(61)가 연장되는 방향을 단순히 연장 방향이라고 하고, 돌조(61)가 정렬되는 방향을 단순히 정렬 방향이라고 한다.

제2 세퍼레이터(50)에 있어서의 길이 방향의 제1측의 단부에는, 연료 가스 배출 매니폴드(51b), 냉각수 배출 매니폴드(52b), 및 산화 가스 공급 매니폴드(53a)가 폭 방향의 제1측으로부터 순서대로 형성되어 있다. 또한, 제2 세퍼레이터(50)에 있어서의 길이 방향의 제2측의 단부에는, 연료 가스 공급 매니폴드(51a), 냉각수 공급 매니폴드(52a), 및 산화 가스 배출 매니폴드(53b)가 폭 방향의 제2측으로부터 순서대로 형성되어 있다.

연료 가스는, 연료 가스 공급 매니폴드(51a)를 통해 상기 연료 가스 유로에 공급되고, 연료 가스 배출 매니폴드(51b)로부터 배출된다. 냉각수는, 냉각수 공급 매니폴드(52a)를 통해 상기 냉각수 유로에 공급되고, 냉각수 배출 매니폴드(52b)로부터 배출된다. 산화 가스는, 산화 가스 공급 매니폴드(53a)를 통해 상기 산화 가스 유로에 공급되고, 산화 가스 배출 매니폴드(53b)로부터 배출된다.

제2 세퍼레이터(50)의 중앙부에는, 상술한 분배부(60)가 마련되어 있다. 본 실시형태의 분배부(60)는, 확산부(54a)를 통해 산화 가스 공급 매니폴드(53a)에 접속됨과 함께, 확산부(54b)를 통해 산화 가스 배출 매니폴드(53b)에 접속되어 있다. 분배부(60)는 길이 방향을 따라 연장됨과 함께 두 번에 걸쳐 접혀 있다. 따라서, 각 돌조(61) 및 각 가스 유로부(62)가, 길이 방향을 따라 연장됨과 함께 두 번에 걸쳐 접혀 있다.

확산부(54a)는 분배부(60)를 향하는 반응 가스를 확산시키는 것이고, 확산부(54b)는 산화 가스 배출 매니폴드(53b)를 향하는 반응 가스를 확산시키는 것이다. 확산부(54a, 54b)에는, 제2 세퍼레이터(50)의 두께 방향으로 돌출된 복수의 반구상(半球狀)의 돌기가 마련되어 있다.

이후에 있어서, 산화 가스 유로를 형성하는 가스 유로부(62)를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 기준으로 하여 단순히 상류 측 및 하류 측을 참조한다.

각 매니폴드(51a, 51b, 52a, 52b)의 외주 측에는, 이들을 개별적으로 둘러싸는 시일 프레임부(55)가 마련되어 있다. 또한, 산화 가스 공급 매니폴드(53a), 확산부(54a), 분배부(60), 확산부(54b), 및 산화 가스 배출 매니폴드(53b)의 외주 측에는, 이들을 일괄적으로 둘러싸는 시일 프레임부(56)가 마련되어 있다. 각 시일 프레임부(55, 56)는, 제2 세퍼레이터(50)의 두께 방향으로 돌출되어 있고, 인접하는 다른 단셀(10)에 당접함으로써 반응 가스의 누설을 억제하는 것이다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 돌조(61)에서의 발전부(11)에 당접하는, 보다 상세하게는 캐소드 측 가스 확산층(16)에 당접하도록 구성된 당접면(63)에는, 연장 방향을 따라 연장되는 제1홈(65)이 마련되어 있다. 본 실시형태의 제1홈(65)은, 연장 방향 전체에 걸쳐 마련되어 있다. 즉, 제1홈(65)은, 돌조(61)의 상류 측 단부로부터 하류 측 단부까지 연장되고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 각 돌조(61)의 하류 측 단부에는, 당접면(63)에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 발전부(11)로부터 이간하는 이간면으로서의 경사면(64)이 마련되어 있다. 경사면(64)은, 하류 측일수록 발전부(11)로부터 이간하도록 경사져 있다. 환언하면, 경사면(64)은, 하류 측일수록 발전부(11)와는 반대 측을 향해 경사져 있다. 경사면(64)은, 확산부(54b)에 매끄럽게 이어져 있다. 또, 도시는 생략하지만 각 돌조(61)의 상류 측 단부에는, 상류 측일수록 발전부(11)로부터 이간하도록 경사지는 경사면이 마련되어 있다.

경사면(64)에는, 제1홈(65)에 이어짐과 함께 하류 측을 향해 연장되는 제2홈(66)이 마련되어 있다. 제2홈(66)은, 경사면(64)에 있어서의 연장 방향 전체에 걸쳐 마련되어 있다.

당접면(63)에는, 제1홈(65)과 가스 유로부(62)를 연통하는 복수의 제3홈(67)이 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 제1홈(65)으로부터 정렬 방향의 양측으로 분기(分岐)함과 함께 동 양측의 가스 유로부(62)에 연통하는 2개의 제3홈(67)이, 연장 방향으로 서로 간격을 두고 마련되어 있다. 제3홈(67)의 각각은, 제1홈(65)에 대하여 직교하여 연장됨과 함께 연장 방향에서 동일한 위치에 마련되어 있다. 본 실시형태의 제3홈(67)의 폭 및 깊이는 돌조(61) 전체에 걸쳐 동일하다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율은, 상류 측보다 하류 측의 쪽에서 작다. 여기에서, 도 3은 돌조(61)의 상류 측의 부분을 나타내고 있으며, 도 4는 돌조(61)의 하류 측 단부를 나타내고 있다. 보다 상세하게는, 도 3 및 도 4에 일점 쇄선으로 나타내는 소정의 범위 A에서의 제3홈(67)의 수가, 상류 측보다 하류 측에서 적다. 본 실시형태에서는, 연장 방향에서의 제3홈(67)끼리의 간격을 상류 측보다 하류 측이 커지게 함으로써, 제3홈(67)의 수를 상류 측보다 하류 측에서 적어지게 하고 있다.

본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.

연료 전지의 발전에 수반하여 발생하는 생성수는, 발전부(11)에 당접하는 제2 세퍼레이터(50)의 돌조(61)의 당접면(63)에 마련된 제1홈(65)으로 유입됨과 함께 하류 측을 향해 이동한다. 그리고, 제1홈(65)의 하류 측 단부에 도달한 생성수는, 당접면(63)에 이어지는 경사면(64)에 마련된 제2홈(66)으로 유입됨과 함께 경사면(64)의 경사를 이용하여 하류 측을 향해 원활하게 이동하기 쉬워진다.

본 실시형태의 효과에 대해서 설명한다.

(1) 제2 세퍼레이터(50)의 돌조(61)에서의 발전부(11)에 당접하는 당접면(63)에는, 돌조(61)의 연장 방향을 따라 연장되는 제1홈(65)이 마련되어 있다. 돌조(61)의 하류 측 단부에는, 당접면(63)에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 하류 측일수록 발전부(11)로부터 이간하도록 경사지는 경사면(64)이 마련되어 있다. 경사면(64)에는, 제1홈(65)에 이어지는 제2홈(66)이 마련되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 상술한 작용을 발휘함으로써, 생성수의 배수성을 높일 수 있다.

(2) 당접면(63)에는, 제1홈(65)과 가스 유로부(62)를 연통하는 제3홈(67)이 마련되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1홈(65)과 가스 유로부(62)를 연통하는 제3홈(67)이 당접면(63)에 마련되어 있기 때문에, 발전부(11)로부터 제1홈(65)으로 유입된 생성수의 일부는 제2홈(66)을 향해 흐르는 한편, 생성수의 다른 일부는 제3홈(67)을 통해 가스 유로부(62)를 향해 흐르게 된다. 이에 따라, 발전부(11)로부터 제1홈(65)으로 유입된 생성수는, 제2홈(66)과 가스 유로부(62)의 쌍방을 통해 하류 측을 향해 흐르게 되기 때문에, 생성수의 배출성을 한층 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 생성수의 배출 경로를 복수 마련함으로써, 생성수가 제2 세퍼레이터(50)의 일부에 체류하는 것을 억제할 수 있다.

(3) 제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율은, 상류 측보다 하류 측에서 작다.

발전부(11)에 있어서의 생성수는, 가스 유로부(62)를 상류 측으로부터 하류 측을 향해 흐르기 때문에, 가스 유로부(62)에 있어서의 하류 측 부분일수록 생성수가 체류하기 쉬워진다.

상기 구성에 의하면, 제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율이 상류 측보다 하류 측에서 작다. 이 때문에, 제3홈(67)을 통해 제1홈(65)으로부터 가스 유로부(62)를 향해 흐르는 생성수의 양이, 상류 측보다 하류 측에서 적어진다. 이에 따라, 제1홈(65) 내에서의 상류 측의 생성수에 대해서는, 제1홈(65) 내를 하류 측을 향해 흐르는 것보다 제3홈(67)을 통해 가스 유로부(62)를 향해 배출되기 쉬워진다. 또한, 제1홈(65) 내에서의 하류 측의 생성수에 대해서는, 제3홈(67)을 통해 가스 유로부(62)를 향해 배출되는 것보다, 제2홈(66)을 통해 하류 측을 향해 배출되기 쉬워진다. 이상으로부터, 제1홈(65) 내로 생성수가 과도하게 흐름으로써 제1홈(65) 내가 생성수에 의해 폐색되는 것을 억제하면서, 가스 유로부(62)의 하류 측에 생성수가 과도하게 체류하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율을 적절히 변경함으로써, 제1홈(65) 내의 생성수를 배출함에 있어서, 제3홈(67)을 통해 배출하는 생성수의 양과, 제2홈(66)을 통해 배출하는 생성수의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 생성수를 효율적으로 배출할 수 있다.

<변경예>

본 실시형태는, 이하와 같이 변경하여 실시할 수 있다. 본 실시형태 및 이하의 변경예는, 기술적으로 모순되지 않는 범위에서 서로 조합하여 실시할 수 있다.

또, 이하의 도 5 ∼ 도 7에 각각 나타내는 제1 변경예 ∼ 제3 변경예에 있어서, 상기 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임과 함께, 대응하는 구성에 대해서는, 각각 「100」, 「200」, 「300」을 가산한 부호를 붙임으로써, 중복된 설명을 생략한다.

·도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 돌조(161)를 서로 간격을 두고 직렬로 마련하도록 해도 된다. 각 돌조(161)의 이간면으로서의 경사면(64)에는, 제2홈(66)이 마련되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 돌조(161)가 서로 간격을 두고 직렬로 마련되어 있기 때문에, 서로 직렬하는 2개의 돌조(161)끼리의 사이를 통해, 이들 2개의 돌조(161)에 인접하는 가스 유로부(162)끼리 연통된다. 이에 따라, 반응 가스의 분배성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 돌조(161)의 하류 측 단부에 제2홈(66)이 마련되어 있기 때문에, 각 돌조(161)의 제1홈(65)으로 유입된 생성수가 제2홈(66)을 통해 하류 측을 향해 배출된다. 이상으로부터, 반응 가스의 분배성의 향상과, 생성수의 배출성의 향상의 양립을 도모할 수 있다.

·도 6에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 제3홈(67)에 있어서, 정렬 방향의 일방 측의 제3홈(67)과, 정렬 방향의 타방 측의 제3홈(67)이, 연장 방향에서 서로 다른 위치에 마련되어 있어도 된다.

·도 7에 나타내는 바와 같이, 경사면(64)을 생략함과 함께, 발전부(11)에 직교하는 이간면(364)이 마련된 돌조(361)를 채용할 수도 있다. 이 경우, 이간면(364)에는, 발전부(11)에 직교하여 연장되는 제2홈(366)이 형성된다.

·제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율은, 상류 측으로부터 하류 측을 향할수록 서서히 작아져도 좋고, 단계적으로 작아져도 좋다.

·제3홈(67)의 당접면(63)에서 차지하는 비율은, 반응 가스의 흐름 방향의 전체에 걸쳐 동일해도 된다.

·본 실시형태의 제3홈(67)의 폭 및 깊이는 돌조(61) 전체에 걸쳐 동일했지만, 이들은 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 제3홈(67)의 폭 및 깊이를 상류 측보다 하류 측이 작아지게 하면, 상술한 효과 (3)에 준한 효과를 발휘할 수 있다.

·제3홈(67)은, 제1홈(65)에 대하여 직교하여 연장되는 것에 한정되지 않고, 제1홈(65)에 대하여 임의의 각도로 교차하여 연장되는 것이어도 된다. 예를 들면, 제3홈(67)이 가스 유로부(62) 측을 향할수록 하류 측에 위치하도록 제1홈(65)에 대하여 경사져 연장될 경우에는, 제1홈(65)에 대하여 직교하여 연장될 경우에 비해 제3홈(67)의 형성 범위를 길게 할 수 있다.

·2개의 제3홈(67)의 편방을 생략할 수도 있다.

·제3홈(67)을 생략할 수도 있다.

·복수의 제1홈(65)은, 1개의 당접면(63)에 있어서 정렬 방향으로 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 각 제1홈(65)은, 돌조(61)의 연장 방향의 도중에서 합류해도 된다.

·1개의 당접면(63)에 있어서, 복수의 제1홈(65)이 연장 방향으로 서로 간격을 두고 직렬로 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 각 제1홈(65) 중 가장 하류 측에 위치하는 제1홈(65)에 제2홈(66)이 연통된다.

·제1홈(65)은, 연장 방향에 대하여 경사져 연장되는 것이어도 된다.

·제1홈(65), 제2홈(66), 및 제3홈(67)의 모퉁이부는, 직각을 이루는 것이어도 좋고 만곡되어 있어도 좋다.

·제1 세퍼레이터(30)에 제1홈(65), 제2홈(66), 및 제3홈(67)을 마련할 수도 있다. 즉, 제1 세퍼레이터(30)와 제2 세퍼레이터(50)는 동일 형상이어도 된다.

·세퍼레이터(20)는, 금속판재에 의해 형성되는 것에 한정되지 않고, 그 밖에 예를 들면 카본을 포함하는 재료에 의해 형성되는 것이어도 된다.

11: 발전부
50: 제2 세퍼레이터
61: 돌조
62: 가스 유로부
63: 당접면
64: 경사면
65: 제1홈
66: 제2홈
67: 제3홈

Claims

연료 전지의 발전부에 당접하도록 구성되는 연료 전지용 세퍼레이터로서,
서로 간격을 두고 병렬로 연장됨과 함께 상기 발전부에 당접하도록 구성된 복수의 돌조(突條)로서, 상기 돌조의 각각이 상기 발전부에 당접하도록 구성된 당접면을 갖는, 복수의 돌조와,
서로 이웃하는 2개의 상기 돌조 사이에 마련되고, 반응 가스가 흐르도록 구성된 복수의 가스 유로부를 구비하고,
상기 가스 유로부를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류 측과 하류 측을 참조할 때,
상기 돌조의 각각은, 하류 측 단부(端部)를 갖고,
상기 돌조에서의 상기 당접면에는, 상기 돌조의 연장 방향을 따라 연장되는 제1홈이 마련되어 있고,
상기 돌조의 상기 하류 측 단부에는, 상기 당접면에 대하여 하류 측으로 이어짐과 함께 상기 발전부로부터 이간(離間)하는 이간면이 마련되어 있고,
상기 이간면에는, 상기 제1홈에 이어지는 제2홈이 마련되어 있는,
연료 전지용 세퍼레이터.
제1항에 있어서,
상기 이간면은, 하류 측일수록 상기 발전부로부터 이간하도록 경사지는 경사면인, 연료 전지용 세퍼레이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 돌조는, 서로 간격을 두고 직렬로 마련되어 있고,
상기 제2홈은, 상기 돌조의 각각의 상기 이간면에 마련되어 있는, 연료 전지용 세퍼레이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 당접면에는, 상기 제1홈과 상기 가스 유로부를 연통(連通)하는 제3홈이 마련되어 있는, 연료 전지용 세퍼레이터.
제4항에 있어서,
상기 제3홈은, 상기 당접면에 마련된 복수의 제3홈 중 하나이며,
상기 제3홈의 상기 당접면에서 차지하는 비율은, 상류 측보다 하류 측에서 작은, 연료 전지용 세퍼레이터.