JP2000012050A

JP2000012050A - Gas separator device and fuel cell using the same

Info

Publication number: JP2000012050A
Application number: JP10189926A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Yoshimura; 常治吉村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高い加工精度を要求されることなく、反応電
極層で起こり得る電気化学反応の量を増加させることが
できるようにする。【解決手段】ガスセパレータ３０ａの各リブ３２ａと
ガスセパレータ３０ｂの各リブ３２ｂは、これらガスセ
パレータ３０ａ，３０ｂが燃料電池内に組み込まれた際
に、各リブ３２ａの先端と各リブ３２ｂの先端とが、そ
れぞれ、互いに反応電極層２２を介して正面で向き合う
ように、形成されている。相互に向き合うリブ同士３２
ａ，３２ｂは、矢印Ｃ方向から見た場合に、各々の先端
の中心３３ａ，３３ｂが互いにずれて、各々の先端面が
約１／４ほどオーバーラップするように、形成されてい
る。リブ３２ａ，３２ｂによって両側から反応電極層２
２に加えられる圧力は、反応電極層２２がリブ３２ａ，
３２ｂの先端と接触する部分全体に加わるわけでなく、
上記オーバーラップ部分に対応した部分のみに加わる。 [PROBLEMS] To increase the amount of electrochemical reaction that can occur in a reaction electrode layer without requiring high processing accuracy. SOLUTION: When each of the ribs 32a of the gas separator 30a and each of the ribs 32b of the gas separator 30b are assembled in a fuel cell, the ribs 32a and 30b of the gas separator 30a have the tip of each rib 32a and the tip of each rib 32b. Are formed so as to face each other on the front side via the reaction electrode layer 22. Ribs facing each other 32
a and 32b are formed such that the centers 33a and 33b of the respective tips are shifted from each other when viewed from the arrow C direction, and the respective tip faces overlap by about 1/4. The reaction electrode layer 2 is formed on both sides by ribs 32a and 32b.
2 is applied to the reaction electrode layer 22 by the ribs 32a,
It does not add to the entire part that contacts the tip of 32b,
Only the portion corresponding to the overlap portion is added.

Description

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセパレータを
備えたガスセパレータ装置、及びそれを用いた燃料電池
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separator provided with a gas separator, and a fuel cell using the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図１０は一般的な燃料電池を構成するス
タック構造１５の外観を表わす斜視図、図１１は図１０
のスタック構造１５の基本単位である単セル２０の構成
を表わす分解斜視図である。2. Description of the Related Art FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of a stack structure 15 constituting a general fuel cell, and FIG.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a single cell 20 which is a basic unit of the stack structure 15 of FIG.

【０００３】固体高分子型燃料電池などの燃料電池は、
一般的に、図１０に示すようなスタック構造１５によっ
て構成されている。即ち、このスタック構造１５は、所
定の数の単セル２０を積層した後、それらの両端に、集
電板３６，３７、絶縁板３８，３９、エンドプレート８
０，８５を順次配置し、その後、それらの両端をボルト
とナットを用いて締め付けるなどして、単セルの積層方
向（白抜き矢印の向き）に所定の押圧力が加わった状態
で保持される。また、集電板３６，３７にはそれぞれ出
力端子３６Ａ，３７Ａが設けられており、スタック構造
１５によって構成される燃料電池で生じた起電力を出力
可能となっている。[0003] Fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells include:
Generally, it is constituted by a stack structure 15 as shown in FIG. That is, after stacking a predetermined number of single cells 20, the stack structure 15 has current collecting plates 36 and 37, insulating plates 38 and 39, and end plates 8 at both ends thereof.
0 and 85 are sequentially arranged, and then both ends thereof are tightened using bolts and nuts, for example, so that a predetermined pressing force is applied in the stacking direction of the single cells (the direction of the white arrow). . The current collector plates 36 and 37 are provided with output terminals 36A and 37A, respectively, so that the electromotive force generated in the fuel cell constituted by the stack structure 15 can be output.

【０００４】また、図１０のスタック構造１５の基本単
位である単セル２０は、図１１に示すように、電解質膜
２４をアノード２５とカソード（図示せず）とによって
挟んで成る反応電極層２２と、反応電極層２２の両側に
配置されるガスセパレータ３０ａ，３０ｂと、によって
構成されている。このうち、ガスセパレータ３０ａ，３
０ｂは、それぞれ、ガス不透過の導電性部材より形成さ
れており、両側の面３１には複数の配列された凸状の小
片から成るリブ３２を有している。As shown in FIG. 11, a single cell 20 which is a basic unit of the stack structure 15 shown in FIG. 10 has a reaction electrode layer 22 comprising an electrolyte membrane 24 sandwiched between an anode 25 and a cathode (not shown). And gas separators 30a and 30b arranged on both sides of the reaction electrode layer 22. Among them, the gas separators 30a, 30
Ob is formed of a gas-impermeable conductive member, and has ribs 32 formed of a plurality of arranged convex small pieces on both surfaces 31.

【０００５】これらガスセパレータ３０ａ，３０ｂを燃
料電池内に組み込んだ場合、ガスセパレータ３０ａのア
ノード側の面に形成されたリブ（図示せず）は、アノー
ド２５に供給される酸化ガスの流路を構成し、ガスセパ
レータ３０ｂのカソード側の面３１に形成されたリブ３
２は、カソード（図示せず）に供給される燃料ガスの流
路を構成する。一方、ガスセパレータ３０ａの上記面と
は反対側の面３１に形成されたリブ３２は、隣接する別
の単セル（図示せず）のカソード（図示せず）に供給さ
れる燃料ガスの流路を構成し、ガスセパレータ３０ｂの
上記面とは反対側の面に形成されたリブ（図示せず）
は、隣接するさらに別の単セル（図示せず）のアノード
（図示せず）に供給される酸化ガスの流路を構成する。
従って、１つのガスセパレータは、隣接する２つの反応
電極層にそれぞれ異なるガスを供給すると共に、両方の
ガスが混じり合うのを防いでいる。When these gas separators 30a and 30b are incorporated in a fuel cell, ribs (not shown) formed on the anode-side surface of the gas separator 30a serve as flow paths for oxidizing gas supplied to the anode 25. And a rib 3 formed on the cathode side surface 31 of the gas separator 30b.
2 constitutes a flow path of a fuel gas supplied to a cathode (not shown). On the other hand, the ribs 32 formed on the surface 31 of the gas separator 30a on the opposite side to the above-mentioned surface serve as a flow path for fuel gas supplied to the cathode (not shown) of another adjacent single cell (not shown). And a rib (not shown) formed on the surface of the gas separator 30b opposite to the above surface.
Constitutes a flow path of an oxidizing gas supplied to an anode (not shown) of another adjacent single cell (not shown).
Therefore, one gas separator supplies different gases to two adjacent reaction electrode layers, respectively, and prevents both gases from being mixed.

【０００６】酸化ガス流路を流れる酸化ガスは、その酸
化ガス流路が面する反応電極層内に拡散されて、反応電
極層のアノードに供給され、同じく、燃料ガス流路を流
れる燃料ガスは、その燃料ガス流路に面する反応電極層
内に拡散されて、反応電極層のカソードに供給され、各
々、反応電極層２２内で、起電力を得るための電気化学
反応に供される。[0006] The oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path is diffused into the reaction electrode layer facing the oxidizing gas flow path and supplied to the anode of the reaction electrode layer. Is diffused into the reaction electrode layer facing the fuel gas flow path and supplied to the cathode of the reaction electrode layer, and each is subjected to an electrochemical reaction for obtaining an electromotive force in the reaction electrode layer 22.

【０００７】即ち、反応電極層２２内のカソード側では
式（１）に示す反応が、アノード側では式（２）で示す
反応が、全体としては式（３）に示す反応が、それぞ
れ、電気化学反応として進行する。That is, the reaction represented by the formula (1) on the cathode side in the reaction electrode layer 22, the reaction represented by the formula (2) on the anode side, and the reaction represented by the formula (3) as a whole are performed on the anode side, respectively. Proceeds as a chemical reaction.

【０００８】Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (1) (1/2) O ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ → H ₂ O (2) H ₂ + (1/2) O ₂ → H ₂ O (3) )

【０００９】また、ガスセパレータの両面に形成された
ガス流路を構成するためのリブ３２は、それぞれ、小片
から成っているため、例えば、各リブが線状に形成され
ているようなガスセパレータの場合に比較して、ガスの
反応電極層内への拡散性を向上させ、ガスの利用効率を
上げることができる。即ち、複数の小片から成るリブ３
２によってガス流路を構成することにより、そのガス流
路内をガスは一方向ではなく四方に流れることになるた
め、ガス流路内においてガスの乱流が発生しやすくな
り、それにより、ガスの反応電極層内への拡散圧が高ま
り、より多くのガスが反応電極層内へ拡散されるからで
ある。Further, the ribs 32 for forming the gas flow paths formed on both surfaces of the gas separator are made of small pieces, respectively. As compared with the case of (1), the diffusibility of the gas into the reaction electrode layer can be improved, and the gas use efficiency can be improved. That is, the rib 3 composed of a plurality of small pieces
By forming the gas flow path by the two, the gas flows in the gas flow path not in one direction but in all directions, so that the turbulent flow of the gas is easily generated in the gas flow path, thereby This is because the diffusion pressure into the reaction electrode layer increases, and more gas is diffused into the reaction electrode layer.

【００１０】一方、各ガスセパレータを燃料電池内に組
み込んだ際、上記したように、単セルの積層方向に所定
の押圧力が加わることによって、各反応電極層は、各々
の両側のガスセパレータの各リブの先端によって挟持さ
れる。これにより、各反応電極層は各々の両側のガスセ
パレータと完全に接触するため、各反応電極層を各ガス
セパレータを介して電気的に接続することが可能とな
る。On the other hand, when the respective gas separators are incorporated into the fuel cell, as described above, a predetermined pressing force is applied in the stacking direction of the single cells, so that the respective reaction electrode layers are separated from the gas separators on both sides. It is held by the tip of each rib. Accordingly, each reaction electrode layer is completely in contact with the gas separators on both sides thereof, so that each reaction electrode layer can be electrically connected via each gas separator.

【００１１】図１２は従来におけるガスセパレータによ
って反応電極層を挟持している様子を模式的に示した断
面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer is sandwiched by a conventional gas separator.

【００１２】前述したように、単セルの積層方向に所定
の押圧力が加わると、図１２に示すように、ガスセパレ
ータ３０ａ’，３０ｂ’にも白抜き矢印の向きに圧力が
加わり、それによって、ガスセパレータ３０ａ’，３０
ｂ’は、各リブ３２’の先端で反応電極層２２を挟持す
る。従来におけるガスセパレータ３０ａ’，３０ｂ’
は、燃料電池内に組み込まれた際、図１２に示すよう
に、ガスセパレータ３０ａ’の各リブ３２’の先端とガ
スセパレータ３０ｂ’の各リブ３２’の先端とが、互い
に、反応電極層２２を介して、同じ位置（矢印Ａ方向か
ら見て同じ位置）で真正面で向かい合うように、各リブ
３２’がそれぞれ形成されている。このため、反応電極
層２２のうち、リブ３２’の先端と接触している部分に
は、リブ３２’によって、その部分全体に両側から圧力
が集中して加わることになる。As described above, when a predetermined pressing force is applied in the stacking direction of the single cells, as shown in FIG. 12, pressure is also applied to the gas separators 30a 'and 30b' in the direction of the white arrow, whereby , Gas separators 30a ', 30
b 'sandwiches the reaction electrode layer 22 at the tip of each rib 32'. Conventional gas separators 30a ', 30b'
When assembled in the fuel cell, as shown in FIG. 12, the tip of each rib 32 'of the gas separator 30a' and the tip of each rib 32 'of the gas separator 30b' The ribs 32 'are respectively formed so as to face each other at the same position (the same position as viewed from the direction of arrow A) at the front. For this reason, in the reaction electrode layer 22, a portion of the reaction electrode layer 22 that is in contact with the tip of the rib 32 ′ is concentrated by pressure from both sides by the rib 32 ′.

【００１３】一方、ガスセパレータ３０ａ’の各リブ３
２’は酸化ガス流路４２を、ガスセパレータ３０ｂ’の
各リブ３２’は燃料ガス流路４４を、それぞれ構成して
おり、酸化ガス流路４２を流れる酸化ガス及び燃料ガス
流路４４を流れる燃料ガスは、それぞれ、ガスの接触面
より反応電極層２２内に拡散される。On the other hand, each rib 3 of the gas separator 30a '
2 'constitutes an oxidizing gas passage 42, and each rib 32' of the gas separator 30b 'constitutes a fuel gas passage 44, and flows through the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas passage 42 and the fuel gas passage 44. The fuel gas is diffused into the reaction electrode layer 22 from the gas contact surface.

【００１４】しかしながら、上記したように、反応電極
層２２のうち、リブ３２’との接触部分には、その部分
全体に両側から圧力が加わっているため、その部分は押
しつぶされた形となり、その部分でのガス透過性は著し
く低下している。従って、反応電極層２２のうち、図１
２において散点によって表した部位５０には、酸化ガス
流路４２や燃料ガス流路４４から供給される酸化ガスや
燃料ガスが拡散されず、そのため、その部位５０は、電
気化学反応が生じることのない未反応部位となってしま
う。However, as described above, since a pressure is applied to the entire contact portion of the reaction electrode layer 22 with the rib 32 ′ from both sides, the portion becomes a crushed shape. The gas permeability in the part is significantly reduced. Therefore, of the reaction electrode layer 22, FIG.
The oxidizing gas and the fuel gas supplied from the oxidizing gas flow path 42 and the fuel gas flow path 44 are not diffused to the portion 50 represented by the scattered point in FIG. It becomes an unreacted site without any.

【００１５】図１３は図１２におけるリブ３２’の先端
部分を矢印Ａ方向から見て示した説明図である。即ち、
図１３はリブ３２’の先端部分をリブ形成面３１’に対
し鉛直な方向（即ち、積層方向）から見た場合を示して
いる。FIG. 13 is an explanatory view showing the tip of the rib 32 'in FIG. That is,
FIG. 13 shows a case where the tip of the rib 32 'is viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface 31' (that is, the laminating direction).

【００１６】従来におけるガスセパレータ３０ａ’，３
０ｂ’は、各リブ３２’の先端の面の面積が図１３に示
すように大きいため、反応電極層２２にそれぞれ生じる
未反応部位５０の面積も非常に大きなものとなる。従っ
て、未反応部位５０の面積が大きい分、反応電極層２２
で起こり得る電気化学反応の量が減少してしまい、反応
電極層２２全体で発生可能な電力量も減少してしまう。
従って、燃料電池全体で考えた場合、燃料電池で発生し
得る電力量が所定量以下に制限されてしまうため、燃料
電池につながる負荷を或る程度以上大きくすると、出力
電圧が急速に落ちてしまうという問題があった。Conventional gas separators 30a ', 3
In the case of Ob ', the area of the surface at the tip of each rib 32' is large as shown in FIG. 13, so that the area of the unreacted portions 50 generated in the reaction electrode layer 22 is also very large. Therefore, as the area of the unreacted portion 50 is large, the reaction electrode layer 22
The amount of electrochemical reaction that can occur in the reaction decreases, and the amount of power that can be generated in the entire reaction electrode layer 22 also decreases.
Therefore, when considering the entire fuel cell, the amount of electric power that can be generated in the fuel cell is limited to a predetermined amount or less. Therefore, if the load connected to the fuel cell is increased by a certain degree or more, the output voltage drops rapidly. There was a problem.

【００１７】そこで、従来においては、未反応部位５０
の面積を小さくするために、図１４及び図１５に示すよ
うに、ガスセパレータ３０ａ”，３０ｂ”に形成される
各リブ３２”の先端面の面積を小さくする方法が提案さ
れている。Therefore, conventionally, the unreacted portion 50
As shown in FIGS. 14 and 15, a method of reducing the area of the tip surface of each rib 32 ″ formed on the gas separators 30a ″ and 30b ″ has been proposed in order to reduce the area of the ribs 32 ″.

【００１８】図１４は従来における他のガスセパレータ
によって反応電極層を挟持している様子を模式的に示し
た断面図、図１５は図１４におけるリブ３２”の先端部
分を矢印Ｂ方向から見て示した説明図である。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the reaction electrode layer is sandwiched by another conventional gas separator. FIG. 15 is a view of the tip of the rib 32 ″ in FIG. FIG.

【００１９】この既提案例では、図１４及び図１５に示
すように、ガスセパレータ３０ａ”，３０ｂ”に形成さ
れる各リブ３２”の先端面の面積を小さくすることによ
って、反応電極層２２における、リブ３２”との接触部
分の面積（即ち、リブ３２”によって両側から圧力の加
わる面積）が小さくなるため、その分、未反応部位５０
の面積を小さくすることができる。In this proposed example, as shown in FIGS. 14 and 15, by reducing the area of the tip surface of each rib 32 "formed on the gas separators 30a" and 30b ", the reaction electrode layer 22 can be formed. , The area of the contact portion with the rib 32 ″ (that is, the area to which pressure is applied from both sides by the rib 32 ″) is reduced.
Can be reduced in area.

【００２０】しかしながら、反応電極層２２において電
気化学反応が生じると、反応電極層２２とガスセパレー
タ３０ａ”，３０ｂ”との間に各リブ３２”を介して電
流が流れるが、上記したように、リブ３２”との接触部
分の面積が小さくなると、そのままでは、その接触部分
での接触抵抗が大きくなるため、反応電極層２２とガス
セパレータ３０ａ”，３０ｂ”との間を流れる電流量が
減少して、電気化学反応が阻害されてしまう。そこで、
この既提案例では、反応電極層２２とガスセパレータ３
０ａ”，３０ｂ”との間を流れる電流量が減少しないよ
うにするために、リブ形成面３１”に形成される単位面
積当たりのリブ３２”の数を増やすようにしている。However, when an electrochemical reaction occurs in the reaction electrode layer 22, a current flows between the reaction electrode layer 22 and the gas separators 30 a ″, 30 b ″ through the respective ribs 32 ″. When the area of the contact portion with the rib 32 "is reduced, the contact resistance at the contact portion is increased as it is, so that the amount of current flowing between the reaction electrode layer 22 and the gas separators 30a", 30b "decreases. Therefore, the electrochemical reaction is hindered. Therefore,
In this proposed example, the reaction electrode layer 22 and the gas separator 3
In order to prevent the amount of current flowing between 0a "and 30b" from decreasing, the number of ribs 32 "per unit area formed on the rib forming surface 31" is increased.

【００２１】なお、この種のガスセパレータとしては、
例えば、特開平２−１５５１７１号公報に記載のものが
挙げられる。Incidentally, as this kind of gas separator,
For example, those described in JP-A-2-155171 can be mentioned.

【００２２】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た既提案例のように、各リブ３２”の先端面の面積が小
さく、かつ、単位面積当たりのリブ３２”の数が多いガ
スセパレータ３０ａ”，３０ｂ”を実際に製造するに
は、極めて高い加工精度が要求されるという問題があっ
た。しかも、仮にそのようなガスセパレータ３０ａ”，
３０ｂ”を製造できたとしても、燃料電池内に組み込む
際に、今度は、位置決め精度として高い精度が要求され
るという問題がある。However, as in the above-mentioned proposed example, the area of the tip surface of each rib 32 "is small and the number of ribs 32" per unit area is large. In actual production of 30b ″, there was a problem that extremely high processing accuracy was required. Moreover, if such a gas separator 30a ″,
Even if 30b ″ can be manufactured, there is a problem that a high positioning accuracy is required this time when it is incorporated into a fuel cell.

【００２３】そこで、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、高い加工精度を要求されることが
なく、しかも、反応電極層で起こり得る電気化学反応の
量を増加させることができるガスセパレータ装置及びそ
れを用いた燃料電池を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to increase the amount of electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer without requiring high processing accuracy. And a fuel cell using the same.

【００２４】[0024]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の第１のガスセパレータ装置は、燃料電池内において、
電解質層，アノード電極及びカソード電極を含む反応電
極層の両側に配置され、各々の前記反応電極層側の面
に、前記反応電極層に供給されるガス用の流路を成すた
めの、複数の配列された凸状の小片から成るリブを有す
る１組のガスセパレータを備え、両ガスセパレータを前
記燃料電池内に組み込んだ際に、両ガスセパレータの各
リブの先端によって前記反応電極層を挟持するガスセパ
レータ装置であって、前記反応電極層を挟持する各リブ
は、前記反応電極層を介して相互に各々の先端が正面で
向き合うように、形成されていると共に、少なくとも一
部の、相互に向き合うリブ同士は、互いに各々の先端の
前記反応電極層との接触面が、前記リブ形成面に対し鉛
直な方向から見た場合に、一部分のみオーバーラップす
るように、形成されていることを要旨とする。In order to achieve at least a part of the above object, a first gas separator device according to the present invention is provided in a fuel cell.
A plurality of reaction electrode layers including an electrolyte layer, an anode electrode, and a cathode electrode; and a plurality of reaction electrode layer-side surfaces for forming a flow path for gas supplied to the reaction electrode layer. A pair of gas separators having ribs composed of arranged convex small pieces is provided. When both gas separators are incorporated in the fuel cell, the reaction electrode layer is sandwiched by the tips of the ribs of both gas separators. In a gas separator device, each rib sandwiching the reaction electrode layer is formed so that respective tips face each other in front through the reaction electrode layer, and at least a part of each rib is The opposing ribs are formed such that contact surfaces of the respective tips with the reaction electrode layer overlap each other only partially when viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface. The gist that you are.

【００２５】このように、第１のガスセパレータ装置で
は、反応電極層を介して相互に向き合うリブ同士のう
ち、少なくとも一部のリブ同士は、互いに各々の先端の
前記反応電極層との接触面が、リブ形成面に対し鉛直な
方向から見た場合に、一部分のみオーバーラップするよ
うに形成されている。As described above, in the first gas separator device, at least some of the ribs facing each other via the reaction electrode layer have a contact surface with the reaction electrode layer at the tip of each other. Are formed so as to partially overlap when viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface.

【００２６】従って、第１のガスセパレータ装置によれ
ば、反応電極層を挟持するために、ガスセパレータに、
リブ形成面に対し鉛直な方向に圧力が加えられると、リ
ブの先端と反応電極層との接触部分のうち、上記したオ
ーバーラップ部分のみに圧力が加わることになるため、
反応電極層における未反応部位は、上記オーバーラップ
部分の中心付近にのみ生じることになる。オーバーラッ
プ部分の面積は接触部分の面積よりも小さく、未反応部
位の面積はそのオーバーラップ部分の面積よりもさらに
小さくなるため、未反応部位の面積が小さくなった分、
反応電極層で起こり得る電気化学反応の量を増加させる
ことができ、反応電極層全体で発生可能な電力量を増や
すことができる。また、リブの先端面の面積を小さくす
る必要がないため、接触部分の面積を十分確保すること
ができ、接触部分での接触抵抗が大きくなることが無
く、従って、リブ形成面において、単位面積当たりのリ
ブの数を増やす必要はない。よって、ガスセパレータを
実際に製造するのに、高い加工精度が要求されることは
ない。Therefore, according to the first gas separator device, in order to sandwich the reaction electrode layer, the gas separator
When pressure is applied in a direction perpendicular to the rib forming surface, of the contact portion between the tip of the rib and the reaction electrode layer, pressure is applied only to the above-described overlap portion,
An unreacted portion in the reaction electrode layer is generated only near the center of the overlap portion. Since the area of the overlap portion is smaller than the area of the contact portion, and the area of the unreacted portion is further smaller than the area of the overlap portion, the area of the unreacted portion is reduced,
The amount of electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer can be increased, and the amount of power that can be generated in the entire reaction electrode layer can be increased. Further, since it is not necessary to reduce the area of the tip end surface of the rib, the area of the contact portion can be sufficiently ensured, and the contact resistance at the contact portion does not increase. There is no need to increase the number of ribs per hit. Therefore, high processing accuracy is not required for actually manufacturing the gas separator.

【００２７】本発明の第１のガスセパレータ装置におい
て、前記リブ同士を、互いに、各々の先端の前記接触面
の中心が、前記リブ形成面に対し鉛直な方向から見た場
合に、一致しないように、形成するか、または、互い
に、各々の先端の前記接触面が、前記リブ形成面に対し
鉛直な方向から見た場合に、交差するように、形成して
も良い。[0027] In the first gas separator device of the present invention, the ribs do not coincide with each other when the centers of the contact surfaces at the respective tips are viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface. Alternatively, the ribs may be formed such that the contact surfaces at the respective tips cross each other when viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface.

【００２８】このように形成することによって、上記リ
ブ同士は、互いに各々の先端の反応電極層との接触面
が、リブ形成面に対し鉛直な方向から見た場合に、一部
分のみオーバーラップするようになる。By forming the ribs in this manner, the contact surfaces of the ribs with the reaction electrode layer at the respective tips overlap each other only partially when viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface. become.

【００２９】また、本発明の第１のガスセパレータ装置
において、交差するように形成する場合、前記リブ同士
は、各々の先端の前記接触面の形状が長方形を成すこと
が好ましい。In the first gas separator device of the present invention, when the ribs are formed so as to intersect with each other, it is preferable that the shape of the contact surface of each of the ribs is rectangular.

【００３０】また、本発明の第１のガスセパレータ装置
において、前記リブ同士は、互いに、各々の先端の前記
接触面の形状が等しくなるように、形成されていること
が好ましい。Further, in the first gas separator device of the present invention, it is preferable that the ribs are formed so that the shapes of the contact surfaces at the respective tips are equal to each other.

【００３１】このように形成することによって、ガスセ
パレータを製造する際の手間を軽減することができる。By forming in this manner, the labor involved in manufacturing the gas separator can be reduced.

【００３２】本発明の第２のガスセパレータ装置は、燃
料電池内において、電解質層，アノード電極及びカソー
ド電極を含む反応電極層の両側に配置され、各々の前記
反応電極層側の面に、前記反応電極層に供給されるガス
用の流路を成すための、複数の配列された凸状の小片か
ら成るリブを有する１組のガスセパレータを備え、両ガ
スセパレータを前記燃料電池内に組み込んだ際に、両ガ
スセパレータの各リブの先端によって前記反応電極層を
挟持するガスセパレータ装置であって、前記反応電極層
を挟持する各リブは、前記反応電極層を介して相互に各
々の先端が正面で向き合うように、形成されていると共
に、少なくとも一部の、相互に向き合うリブ同士は、各
々の先端が凸面を成すことを要旨とする。[0032] The second gas separator device of the present invention is disposed on both sides of a reaction electrode layer including an electrolyte layer, an anode electrode and a cathode electrode in a fuel cell. A set of gas separators having ribs consisting of a plurality of arranged convex small pieces for forming a flow path for gas supplied to the reaction electrode layer was provided, and both gas separators were incorporated in the fuel cell. In this case, the gas separator device sandwiches the reaction electrode layer by the tips of the ribs of both gas separators, and the ribs sandwiching the reaction electrode layer have their tips mutually interposed via the reaction electrode layer. The gist of the present invention is that at least some of the ribs that are formed so as to face each other and face each other have a convex surface.

【００３３】このように、第２のガスセパレータ装置で
は、反応電極層を介して相互に向き合うリブ同士のう
ち、少なくとも一部のリブ同士は、各々の先端が凸面を
成している。As described above, in the second gas separator device, among the ribs facing each other via the reaction electrode layer, at least some of the ribs have a convex end.

【００３４】第２のガスセパレータ装置によれば、反応
電極層を挟持するために、ガスセパレータに、リブ形成
面に対し鉛直な方向に圧力が加えられると、リブの先端
と反応電極層との接触部分のうち、上記した凸面の先端
部分に集中して圧力が加わることになるため、反応電極
層における未反応部位は、その凸面の先端付近にのみ生
じることになる。従って、未反応部位の面積は接触部分
の面積よりもかなり小さくなるため、未反応部位の面積
が小さくなった分、反応電極層で起こり得る電気化学反
応の量を増加させることができ、反応電極層全体で発生
可能な電力量を増やすことができる。また、リブの先端
の形状を凸面にするだけであって、リブの先端面の面積
を小さくする必要がないため、接触部分の面積を十分確
保することができ、接触部分での接触抵抗が大きくなる
ことが無く、リブ形成面において、単位面積当たりのリ
ブの数を増やす必要はない。よって、ガスセパレータを
実際に製造するのに、高い加工精度が要求されることは
ない。According to the second gas separator device, when pressure is applied to the gas separator in a direction perpendicular to the rib forming surface to sandwich the reaction electrode layer, the tip of the rib and the reaction electrode layer are separated. Since pressure is applied to the contact portion in a concentrated manner at the front end portion of the convex surface, an unreacted portion in the reaction electrode layer is generated only near the front end of the convex surface. Therefore, since the area of the unreacted site is considerably smaller than the area of the contact portion, the amount of the electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer can be increased by the reduced area of the unreacted site, The amount of power that can be generated in the entire layer can be increased. Also, since the shape of the tip of the rib is merely a convex surface, it is not necessary to reduce the area of the tip of the rib, so that the area of the contact portion can be sufficiently secured, and the contact resistance at the contact portion is large. It is not necessary to increase the number of ribs per unit area on the rib forming surface. Therefore, high processing accuracy is not required for actually manufacturing the gas separator.

【００３５】また、本発明の燃料電池は、上記した第１
または第２のガスセパレータ装置を用いた燃料電池であ
って、前記反応電極層及び前記ガスセパレータを備える
単セルを、複数、積層して構成されることを要旨とす
る。Further, the fuel cell of the present invention has the first
Alternatively, a gist of the present invention is a fuel cell using the second gas separator device, in which a plurality of unit cells each including the reaction electrode layer and the gas separator are stacked.

【００３６】上記したようなガスセパレータ装置を用い
ることによって、燃料電池全体で発生可能な電力量を増
やすことができるため、例え、燃料電池につながる負荷
を或る程度大きくしても、出力電圧が急速に落ちてしま
うことはない。By using the gas separator device as described above, the amount of electric power that can be generated in the entire fuel cell can be increased. Therefore, even if the load connected to the fuel cell is increased to some extent, the output voltage can be reduced. It does not fall off quickly.

【００３７】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例と
してのガスセパレータ装置によって反応電極層２２を挟
持している様子を模式的に示した断面図である。なお、
反応電極層２２は、図１１に示したように、電解質膜
（図示せず）をアノード（図示せず）とカソード（図示
せず）とによって挟んだ構成となっている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer 22 is sandwiched by a gas separator device according to a first embodiment of the present invention. In addition,
As shown in FIG. 11, the reaction electrode layer 22 has a configuration in which an electrolyte membrane (not shown) is sandwiched between an anode (not shown) and a cathode (not shown).

【００３８】本実施例のガスセパレータ３０ａ，３０ｂ
は、各々のリブ３２ａ，３２ｂが図１に示すように形成
されている。即ち、ガスセパレータ３０ａの各リブ３２
ａとガスセパレータ３０ｂの各リブ３２ｂは、これらガ
スセパレータ３０ａ，３０ｂが、図１０及び図１１に示
したように、単セル２０を構成する部材として燃料電池
内に組み込まれた際に、図１に示すように、各リブ３２
ａの先端と各リブ３２ｂの先端とが、それぞれ、互いに
反応電極層２２を介して正面で向き合うように、形成さ
れている。しかも、相互に向き合うリブ同士３２ａ，３
２ｂは、矢印Ｃ方向（リブ形成面３１に対し鉛直な方
向）から見た場合に、各々の先端の中心３３ａ，３３ｂ
が図２に示すように互いにずれて、各々の先端面が約１
／４ほどオーバーラップするように、形成されている。The gas separators 30a and 30b of this embodiment
Has ribs 32a and 32b formed as shown in FIG. That is, each rib 32 of the gas separator 30a
a and the ribs 32b of the gas separator 30b, when the gas separators 30a and 30b are incorporated in the fuel cell as members constituting the unit cell 20, as shown in FIGS. As shown in FIG.
The tip of the rib a and the tip of each rib 32b are formed so as to face each other on the front side via the reaction electrode layer 22. In addition, the ribs 32a, 3 facing each other
2b are the centers 33a, 33b of the respective tips when viewed from the direction of arrow C (the direction perpendicular to the rib forming surface 31).
Are shifted from each other as shown in FIG.
/ 4 are overlapped.

【００３９】図２は図１におけるリブ３２ａ，３２ｂの
先端部分を矢印Ｃ方向から見て示した説明図である。相
互に向き合うリブ同士３２ａ，３２ｂがこのように形成
されることによって、リブ３２ａの先端とリブ３２ｂの
先端とは、図２に示すように、所定のオフセットを持っ
てオーバーラップすることになる。FIG. 2 is an explanatory view showing the end portions of the ribs 32a and 32b in FIG. By forming the ribs 32a and 32b facing each other in this manner, the tip of the rib 32a and the tip of the rib 32b overlap with a predetermined offset as shown in FIG.

【００４０】また、各リブ３２ａ，３２ｂの先端の面の
形状は、それぞれ、正方形であって、図１３に示した従
来例のそれとほぼ同様の形状を成しており、従って、そ
の先端面の面積も図１３に示した従来例のそれとほぼ同
じ面積となっている。The shape of the surface of the tip of each of the ribs 32a and 32b is square, which is almost the same as that of the conventional example shown in FIG. The area is almost the same as that of the conventional example shown in FIG.

【００４１】なお、本実施例において、ガスセパレータ
３０ａ，３０ｂは、それぞれ、ガス不透過の導電性部
材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密
質カーボンにより形成されている。In this embodiment, each of the gas separators 30a and 30b is made of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon which is made by compressing carbon to make gas impermeable.

【００４２】以上のようなガスセパレータ３０ａ，３０
ｂを燃料電池内に組み込んだ場合、ガスセパレータ３０
ａの各リブ３２ａは、酸化ガスを流すための酸化ガス流
路４２を構成し、また、ガスセパレータ３０ｂの各リブ
３２ｂは、燃料ガスを流すための燃料ガス流路４４を構
成する。そして、燃料電池の運転時には、酸化ガス流路
４２を流れる酸化ガスは、ガスの接触面より反応電極層
２２内に拡散されて、反応電極層２２内のアノードに供
給され、同じく、燃料ガス流路４４を流れる燃料ガス
は、ガスの接触面より反応電極層２２内に拡散されて、
反応電極層２２内のカソードに供給され、各々、反応電
極層２２内で、起電力を得るための電気化学反応に供さ
れる。The gas separators 30a, 30 as described above
b is installed in the fuel cell, the gas separator 30
Each rib 32a of a constitutes an oxidizing gas flow path 42 for flowing an oxidizing gas, and each rib 32b of the gas separator 30b forms a fuel gas flow path 44 for flowing a fuel gas. During operation of the fuel cell, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path 42 is diffused from the gas contact surface into the reaction electrode layer 22 and supplied to the anode in the reaction electrode layer 22. The fuel gas flowing through the passage 44 is diffused from the gas contact surface into the reaction electrode layer 22,
It is supplied to the cathode in the reaction electrode layer 22, and each is subjected to an electrochemical reaction for obtaining an electromotive force in the reaction electrode layer 22.

【００４３】また、ガスセパレータ３０ａ，３０ｂを燃
料電池内に組み込んだ場合、図１０で示したような単セ
ルの積層方向に加わる押圧力によって、図１に示すよう
に、ガスセパレータ３０ａ，３０ｂに白抜き矢印の向き
に圧力が加わり、それによって、ガスセパレータ３０
ａ，３０ｂは、各々のリブ３２ａ，３２ｂの先端で反応
電極層２２を挟持する。このとき、ガスセパレータ３０
ａ，３０ｂに加わる圧力の方向は矢印Ｃ方向（即ち、リ
ブ形成面３１に対し鉛直な方向）と一致している。When the gas separators 30a and 30b are incorporated in the fuel cell, the gas separators 30a and 30b are pressed by the pressing force applied in the stacking direction of the single cells as shown in FIG. 10 as shown in FIG. Pressure is applied in the direction of the white arrow, which causes the gas separator 30
a and 30b sandwich the reaction electrode layer 22 at the tips of the respective ribs 32a and 32b. At this time, the gas separator 30
The directions of the pressures applied to a and 30b coincide with the direction of arrow C (that is, the direction perpendicular to the rib forming surface 31).

【００４４】また、この際、図１及び図２に示すよう
に、各々のリブ３２ａ，３２ｂの先端は、何れも、先端
面全面で反応電極層２２に接触している。しかしなが
ら、上述したように、相互に向き合うリブ同士３２ａ，
３２ｂは、各々の先端面が矢印Ｃ方向から見た場合に互
いに約１／４ほどオーバーラップしているだけである。
従って、リブ３２ａ，３２ｂによって両側から反応電極
層２２に加えられる圧力は、反応電極層２２がリブ３２
ａ，３２ｂの先端と接触する部分（即ち、リブ３２ａ，
３２ｂの先端面全面に対応する部分）全体に加わるわけ
ではなく、上記オーバーラップ部分に対応した部分のみ
に加わることになる。At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the tips of the ribs 32a and 32b are in contact with the reaction electrode layer 22 over the entire tip surface. However, as described above, the mutually facing ribs 32a,
32b, the respective end faces only overlap each other by about 1/4 when viewed from the direction of arrow C.
Therefore, the pressure applied to the reaction electrode layer 22 from both sides by the ribs 32a and 32b is such that the reaction electrode layer 22
a, 32b (that is, ribs 32a,
It does not apply to the entire portion (corresponding to the entire front end surface of 32b), but to only the portion corresponding to the overlap portion.

【００４５】即ち、反応電極層２２において、上記した
接触部分のうち、オーバーラップ対応部分は両側から圧
力が加わるため、その部分は押しつぶされた形となり、
その部分でのガス透過性は著しく低下してしまう。この
ため、図１及び図２において散点によって表した部位５
０には、酸化ガス流路４２や燃料ガス流路４４からの酸
化ガスや燃料ガスが拡散されず、その部位５０は、電気
化学反応が生じない未反応部位となってしまう。しかし
ながら、接触部分のうち、オーバーラップ対応部分以外
の部分には、リブ３２ａ，３２ｂから圧力が加わらない
ため、その部分でのガス透過性は損なわれることがな
く、その部分では十分な電気化学反応が生じ得る。That is, in the reaction electrode layer 22, of the above-mentioned contact portions, a portion corresponding to the overlap is applied with pressure from both sides, so that the portion has a crushed shape,
The gas permeability at that portion is significantly reduced. For this reason, the part 5 represented by a dotted point in FIGS.
At 0, the oxidizing gas and the fuel gas from the oxidizing gas channel 42 and the fuel gas channel 44 are not diffused, and the portion 50 becomes an unreacted portion where no electrochemical reaction occurs. However, since pressure is not applied from the ribs 32a and 32b to portions other than the overlap-corresponding portion of the contact portion, gas permeability at the portion is not impaired, and a sufficient electrochemical reaction occurs at that portion. Can occur.

【００４６】図２から明らかなように、オーバーラップ
対応部分の面積は接触部分の面積よりも小さく、未反応
部位５０の面積はそのオーバーラップ対応部分の面積よ
りもさらに小さくなる。従って、本実施例によれば、各
リブ３２ａ，３２ｂの先端面の面積を小さくしなくて
も、未反応部位５０の面積を、例えば、図１２及び図１
３に示した従来例に比較して、十分小さくすることがで
きるため、未反応部位５０の面積が小さくなった分、反
応電極層２２で起こり得る電気化学反応の量を増加させ
ることができ、反応電極層２２全体で発生可能な電力量
を増やすことができる。よって、このようなガスセパレ
ータ３０ａ，３０ｂを燃料電池に組み込んだ場合、燃料
電池全体で発生することが可能な電力量を増やすことが
できるので、例え、燃料電池につながる負荷を或る程度
大きくしても、出力電圧が急速に落ちてしまうことはな
い。As is apparent from FIG. 2, the area of the overlap corresponding portion is smaller than the area of the contact portion, and the area of the unreacted portion 50 is further smaller than the area of the overlap corresponding portion. Therefore, according to the present embodiment, the area of the unreacted portion 50 can be reduced, for example, as shown in FIGS. 12 and 1 without reducing the area of the end surface of each of the ribs 32a and 32b.
As compared with the conventional example shown in FIG. 3, since the area of the unreacted portion 50 is reduced, the amount of electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer 22 can be increased, and The amount of power that can be generated in the entire reaction electrode layer 22 can be increased. Therefore, when such gas separators 30a and 30b are incorporated in a fuel cell, the amount of power that can be generated in the entire fuel cell can be increased. For example, the load connected to the fuel cell can be increased to some extent. However, the output voltage does not drop rapidly.

【００４７】図３は燃料電池に本実施例のガスセパレー
タを組み込んだ場合と従来例のガスセパレータを組み込
んだ場合とで、燃料電池の出力電流密度に対する出力電
圧特性及び抵抗特性を比較して示したグラフである。図
３において、破線にて示されたＩａ及びＩｂは、本実施
例のガスセパレータを燃料電池に組み込んだ場合の、出
力電流密度に対する出力電圧特性及び抵抗特性を示し、
実線にて示されたＰａ，Ｐｂは、図１２及び図１３に示
した従来例のガスセパレータを燃料電池に組み込んだ場
合の、出力電流密度に対する出力電圧特性及び抵抗特性
を示している。図３において、出力電圧特性Ｉａ，Ｐａ
を比較すれば明らかなように、燃料電池につながった負
荷が大きくなって、燃料電池の出力電流密度が高くなる
と、従来例のガスセパレータを組み込んだ燃料電池で
は、出力電圧が急速に落ちてくるが（特性Ｐａ）、本実
施例のガスセパレータを組み込んだ燃料電池では、負荷
を或る程度大きくしても出力電圧が急速に落ちることは
ない（特性Ｉａ）。FIG. 3 shows a comparison of the output voltage density and the resistance characteristic with respect to the output current density of the fuel cell when the gas separator of this embodiment is incorporated in the fuel cell and in the case where the conventional gas separator is incorporated. FIG. In FIG. 3, Ia and Ib indicated by broken lines indicate output voltage characteristics and resistance characteristics with respect to output current density when the gas separator of the present embodiment is incorporated in a fuel cell.
Pa and Pb shown by solid lines indicate output voltage characteristics and resistance characteristics with respect to output current density when the conventional gas separator shown in FIGS. 12 and 13 is incorporated in a fuel cell. In FIG. 3, the output voltage characteristics Ia, Pa
As is clear from the comparison, when the load connected to the fuel cell increases and the output current density of the fuel cell increases, the output voltage of the fuel cell incorporating the gas separator of the conventional example rapidly drops. However, in the fuel cell incorporating the gas separator of the present embodiment, the output voltage does not drop rapidly even if the load is increased to some extent (characteristic Ia).

【００４８】また、本実施例では、各リブ３２ａ，３２
ｂの先端面の面積を、図１４及び図１５に示した従来例
のように小さくする必要がないため、前述したように、
図１２及び図１３に示した従来例のそれとほぼ同じにす
ることができる。また、前述したように、リブ３２ａ，
３２ｂの先端で反応電極層２２を挟持する際には、各々
のリブ３２ａ，３２ｂの先端面は、全面で反応電極層２
２に接触することになるため、接触部分の面積を十分確
保することができる。従って、接触部分での接触抵抗
は、図１４及び図１５に示した従来例のように大きくな
ることはなく、図１２及び図１３に示した従来例のそれ
と同程度とすることができる。In this embodiment, the ribs 32a, 32a
Since it is not necessary to reduce the area of the tip end face b as in the conventional example shown in FIGS. 14 and 15, as described above,
It can be made almost the same as that of the conventional example shown in FIGS. As described above, the ribs 32a,
When the reaction electrode layer 22 is sandwiched between the tips of the reaction electrode layer 32b, the tip surfaces of the ribs 32a and 32b are
2, so that the area of the contact portion can be sufficiently ensured. Accordingly, the contact resistance at the contact portion does not increase as in the conventional example shown in FIGS. 14 and 15, but can be made to be substantially the same as that of the conventional example shown in FIGS.

【００４９】従って、本実施例のガスセパレータ３０
ａ，３０ｂを燃料電池内に組み込んだ場合、その燃料電
池の抵抗は、図３における抵抗特性Ｉｂが示すように、
出力電流密度に関わらずほぼ一定であり、また、その抵
抗の値も、図３における抵抗特性Ｐｂと比較すれば明ら
かなように、図１２及び図１３に示した従来例のガスセ
パレータを組み込んだ燃料電池のそれとほぼ同じにする
ことができる。Accordingly, the gas separator 30 of the present embodiment
When a and 30b are incorporated in a fuel cell, the resistance of the fuel cell is, as shown by the resistance characteristic Ib in FIG.
It is almost constant irrespective of the output current density, and the value of the resistance is, as apparent from the comparison with the resistance characteristic Pb in FIG. 3, incorporating the conventional gas separator shown in FIGS. 12 and 13. It can be almost the same as that of the fuel cell.

【００５０】また、このように、本実施例では、接触部
分での接触抵抗が大きくならないため、反応電極層２２
とガスセパレータ３０ａ，３０ｂとの間を流れる電流量
を減少させることがなく、十分な電気化学反応を生じさ
せることができる。従って、図１４及び図１５に示した
従来例のように、リブ形成面３１に形成される単位面積
当たりのリブの数を増やす必要はない。As described above, in this embodiment, since the contact resistance at the contact portion does not increase, the reaction electrode layer 22
A sufficient electrochemical reaction can be generated without reducing the amount of current flowing between the gas separator 30a and the gas separator 30b. Therefore, unlike the conventional example shown in FIGS. 14 and 15, it is not necessary to increase the number of ribs per unit area formed on the rib forming surface 31.

【００５１】よって、本実施例によれば、各リブ３２
ａ，３２ｂの先端面の面積を小さくしたり、リブ形成面
３１における単位面積当たりのリブの数を増やしたりす
る必要がないため、ガスセパレータ３０ａ，３０ｂを実
際に製造する場合に、高い加工精度が要求されることが
ない。そのため、製造工程が簡素化できると共に、製造
コストを安く抑えることができる。Therefore, according to the present embodiment, each rib 32
Since it is not necessary to reduce the area of the end surfaces of the a and 32b and to increase the number of ribs per unit area on the rib forming surface 31, high processing accuracy is required when the gas separators 30a and 30b are actually manufactured. Is not required. Therefore, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【００５２】また、本実施例では、ガス流路を構成する
ためのリブ３２ａ，３２ｂは、それぞれ、小片から成っ
ているため、例えば、各リブがリブ形成面に線状に形成
されているようなガスセパレータの場合に比べて、ガス
の反応電極層２２内への拡散性を向上させて、ガスの利
用効率を上げることができる。即ち、図２に示すよう
に、複数の小片から成るリブ３２ａ，３２ｂによってガ
ス流路４２，４４を構成すると、そのガス流路４２，４
４内をガスは一方向ではなく四方に流れることになる。
この結果、ガス流路４２，４４内においてガスの乱流が
発生しやすくなり、それにより、ガスの反応電極層２２
内への拡散圧が高まり、より多くのガスが反応電極層２
２内へ拡散させることができる。In the present embodiment, the ribs 32a and 32b for constituting the gas flow path are each formed of a small piece, and therefore, for example, each rib is formed linearly on the rib forming surface. Compared with a simple gas separator, the diffusivity of the gas into the reaction electrode layer 22 can be improved, and the gas use efficiency can be increased. That is, as shown in FIG. 2, when the gas flow paths 42, 44 are constituted by the ribs 32a, 32b composed of a plurality of small pieces, the gas flow paths 42, 4
The gas will flow in four directions instead of one direction.
As a result, a turbulent gas flow is likely to occur in the gas flow paths 42 and 44, whereby the gas reaction electrode layer 22
As the diffusion pressure into the inside increases, more gas is supplied to the reaction electrode layer 2.
2 can be diffused.

【００５３】ところで、上記したように、相互に向き合
うリブ同士３２ａ，３２ｂは、各々の先端面が矢印Ｃ方
向から見た場合に互いに約１／４ほどオーバーラップす
るように形成されている。本実施例において、このオー
バーラップ部分の面積は、反応電極層２２の強度や、単
セルの積層方向に加わる押圧力や、各リブの先端面の面
積などを考慮して設定される。即ち、オーバーラップ部
分の面積を小さくすれば、未反応部位５０の面積を小さ
くすることができるが、上記したように、反応電極層２
２にはオーバーラップ対応部分にのみ圧力が加わるた
め、オーバーラップ部分の面積を余り小さくしすぎる
と、反応電極層におけるオーバーラップ対応部分に加わ
る圧力が大きくなって、反応電極層が破損する恐れがあ
る。従って、オーバーラップ部分の面積としては、この
加わる圧力によって反応電極層が破損しない程度の大き
さを少なくとも確保する必要がある。なお、これらの点
については、以下の第２の実施例においても同様であ
る。By the way, as described above, the ribs 32a and 32b facing each other are formed such that their respective end surfaces overlap each other by about 1/4 when viewed from the direction of arrow C. In the present embodiment, the area of the overlap portion is set in consideration of the strength of the reaction electrode layer 22, the pressing force applied in the stacking direction of the single cells, the area of the tip surface of each rib, and the like. In other words, if the area of the overlap portion is reduced, the area of the unreacted portion 50 can be reduced.
Since pressure is applied only to the portion corresponding to the overlap in 2, if the area of the overlap portion is too small, the pressure applied to the portion corresponding to the overlap in the reaction electrode layer increases, and the reaction electrode layer may be damaged. is there. Therefore, it is necessary to secure at least a size of the overlap portion such that the reaction electrode layer is not damaged by the applied pressure. These points are the same in the following second embodiment.

【００５４】図４は本発明の第２の実施例としてのガス
セパレータ装置によって反応電極層２２を挟持している
様子を模式的に示した断面図、図５は図４におけるリブ
の先端部分を矢印Ｄ方向から見て示した説明図である。
なお、反応電極層２２は、第１の実施例の場合と同様
に、電解質膜（図示せず）をアノード（図示せず）とカ
ソード（図示せず）とによって挟んだ構成となってい
る。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a reaction electrode layer 22 sandwiched by a gas separator device according to a second embodiment of the present invention. FIG. It is explanatory drawing shown seen from the arrow D direction.
The reaction electrode layer 22 has a structure in which an electrolyte membrane (not shown) is sandwiched between an anode (not shown) and a cathode (not shown), as in the case of the first embodiment.

【００５５】本実施例のガスセパレータ１３０ａ，１３
０ｂは、各々のリブ１３２ａ，１３２ｂが図４及び図５
に示すように形成されている。即ち、ガスセパレータ１
３０ａの各リブ１３２ａとガスセパレータ１３０ｂの各
リブ１３２ｂは、それぞれ、その先端面の形状が長方形
（短冊形状）を成しており、リブ形成面１３１上に、短
辺方向及び長辺方向にそれぞれ整列して配列されてい
る。また、各リブ１３２ａ，１３２ｂは、それぞれ、図
５に示すように、短辺方向において隣り合うリブ同士の
外側の間隔Ｗ１が、リブの先端面の長辺の長さＷ２とほ
ぼ等しくなるように、配置されている。The gas separators 130a, 130 of this embodiment
0b indicates that each rib 132a, 132b
It is formed as shown in FIG. That is, the gas separator 1
Each of the ribs 132a of the 30a and each of the ribs 132b of the gas separator 130b have a rectangular (strip-shaped) tip surface, and are formed on the rib forming surface 131 in the short side direction and the long side direction, respectively. They are aligned and arranged. Also, as shown in FIG. 5, each of the ribs 132a and 132b has an outer interval W1 between adjacent ribs in the short side direction substantially equal to the length W2 of the long side of the tip end surface of the rib. , Is located.

【００５６】また、各リブ１３２ａ，１３２ｂは、ガス
セパレータ１３０ａ，１３０ｂが、単セル２０を構成す
る部材として燃料電池内に組み込まれた際に、図４に示
すように、ガスセパレータ１３０ａ上で短辺方向に隣り
合う１対のリブ１３２ａの先端と、同じくガスセパレー
タ１３０ｂ上で短辺方向に隣り合う１対の各リブ１３２
ｂの先端とが、それぞれ、互いに反応電極層２２を介し
て正面で向き合うように、形成されている。しかも、相
互に向き合う１対のリブ１３２ａと１対のリブ１３２ｂ
とは、矢印Ｄ方向（リブ形成面１３１に対し鉛直な方
向）から見た場合に、１対のリブ１３２ａの先端面と他
の１対のリブ１３２ｂの先端面とが互い直交して井桁状
に見えるように、形成されている。即ち、１つの先端面
について見ると、向かい合う他の２つの先端面（即ち、
向かい合う１対のリブの先端面）の各々と、両端の約１
／３の領域でオーバーラップするように見える。When the gas separators 130a and 130b are incorporated in the fuel cell as members constituting the unit cell 20, the ribs 132a and 132b are short on the gas separator 130a as shown in FIG. A tip of a pair of ribs 132a adjacent in the side direction and a pair of ribs 132 adjacent in the short side direction on the gas separator 130b.
b are formed so as to face each other on the front side with the reaction electrode layer 22 therebetween. Moreover, a pair of ribs 132a and a pair of ribs 132b facing each other are provided.
When viewed from the direction of arrow D (the direction perpendicular to the rib forming surface 131), the leading end surfaces of the pair of ribs 132a and the leading end surfaces of the other pair of ribs 132b are orthogonal to each other and have a cross-shaped shape. It is formed so that it can be seen. That is, looking at one tip face, the other two tip faces (ie,
Each of a pair of ribs facing each other) and about 1 at each end.
It appears to overlap in the area of / 3.

【００５７】なお、本実施例においても、ガスセパレー
タ１３０ａ，１３０ｂは、それぞれ、第１の実施例と同
様に、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カー
ボンにより形成されている。In this embodiment, the gas separators 130a and 130b are each made of dense carbon which is made of carbon and is gas-impermeable, as in the first embodiment.

【００５８】以上のようなガスセパレータ１３０ａ，１
３０ｂを燃料電池内に組み込んだ場合、ガスセパレータ
１３０ａの各リブ１３２ａは、反応電極層２２内のアノ
ード（図示せず）に酸化ガスを供給するための酸化ガス
流路１４２を構成し、また、ガスセパレータ１３０ｂの
各リブ１３２ｂは、反応電極層２２内のカソード（図示
せず）に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路１４４
を構成する。The above gas separators 130a, 130
When the fuel cell 30b is incorporated into the fuel cell, each rib 132a of the gas separator 130a forms an oxidizing gas flow path 142 for supplying an oxidizing gas to an anode (not shown) in the reaction electrode layer 22, and Each rib 132b of the gas separator 130b is provided with a fuel gas flow path 144 for supplying a fuel gas to a cathode (not shown) in the reaction electrode layer 22.
Is configured.

【００５９】また、ガスセパレータ１３０ａ，１３０ｂ
を燃料電池内に組み込んだ場合、図４に示すように、ガ
スセパレータ１３０ａ，１３０ｂに白抜き矢印の向きに
圧力が加わり、それによって、ガスセパレータ１３０
ａ，１３０ｂは、各々のリブ１３２ａ，１３２ｂの先端
で反応電極層２２を挟持する。なお、圧力の加わる方向
は矢印Ｄ方向（即ち、リブ形成面１３１に対し鉛直な方
向）と一致する。また、このとき、各々のリブ１３２
ａ，１３２ｂの先端面は、何れも、全面で反応電極層２
２に接触している。The gas separators 130a, 130b
When the gas separator 130 is incorporated in the fuel cell, as shown in FIG. 4, pressure is applied to the gas separators 130a and 130b in the direction of the white arrow, whereby the gas separator 130
a and 130b sandwich the reaction electrode layer 22 at the tips of the respective ribs 132a and 132b. The direction in which the pressure is applied coincides with the direction of arrow D (that is, the direction perpendicular to the rib forming surface 131). At this time, each rib 132
a, 132b, the reaction electrode layer 2
2 is in contact.

【００６０】しかし、上記したように、相互に向き合う
１対のリブ１３２ａと１対のリブ１３２ｂとは、矢印Ｄ
方向から見た場合に、各々の先端面が、向かい合う他の
２つの先端面と、両端の約１／３の領域でオーバーラッ
プしているだけなので、リブ１３２ａ，１３２ｂによっ
て反応電極層２２に加わる圧力は、反応電極層２２がリ
ブ１３２ａ，１３２ｂの先端と接触する部分全体に加わ
るわけでなく、上記オーバーラップ部分に対応した部分
のみに加わることになる。従って、反応電極層２２にお
いて、上記オーバーラップ対応部分の内側の部位５０
は、ガス透過性が低下し、酸化ガス流路１４２や燃料ガ
ス流路１４４からの酸化ガスや燃料ガスが拡散されない
ため、電気化学反応が生じない未反応部位となってしま
う。しかしながら、接触部分のうち、オーバーラップ対
応部分以外の部分には、リブ１３２ａ，１３２ｂからの
圧力が加わらないため、ガス透過性は損なわれず、十分
な電気化学反応が生じ得る。However, as described above, the pair of ribs 132a facing each other and the pair of ribs 132b
When viewed from the direction, each of the front end surfaces only overlaps with the other two opposing front end surfaces in a region of about one-third of both ends, and thus is added to the reaction electrode layer 22 by the ribs 132a and 132b. The pressure is not applied to the entire portion where the reaction electrode layer 22 contacts the tips of the ribs 132a and 132b, but is applied only to the portion corresponding to the overlap portion. Therefore, in the reaction electrode layer 22, the portion 50 inside the overlap corresponding portion is provided.
Since the gas permeability is reduced and the oxidizing gas and the fuel gas from the oxidizing gas flow path 142 and the fuel gas flow path 144 are not diffused, the unreacted portion where the electrochemical reaction does not occur is generated. However, since the pressure from the ribs 132a and 132b is not applied to the contact portions other than the overlap corresponding portion, the gas permeability is not impaired, and a sufficient electrochemical reaction may occur.

【００６１】このように、本実施例によれば、図５に示
すように、相互に向き合う１対のリブ１３２ａと１対の
リブ１３２ｂを、矢印Ｄ方向から見た場合に、各々の先
端面が互い直交して井桁状に見えるように形成すること
により、各リブ１３２ａ，１３２ｂの先端面の面積を小
さくしなくても、未反応部位５０の面積を、例えば、図
１２及び図１３に示した従来例に比較して、十分小さく
することができる。そのため、未反応部位５０の面積を
が小さくなった分、反応電極層２２で起こり得る電気化
学反応の量を増加させることができ、反応電極層２２全
体で発生可能な電力量を増やすことができる。As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the pair of ribs 132a and the pair of ribs 132b facing each other are viewed from the direction of arrow D, each of the end surfaces is Are formed so as to look like a cross in a cross at right angles to each other, so that the area of the unreacted portion 50 can be shown in, for example, FIGS. 12 and 13 without reducing the area of the tip surfaces of the ribs 132a and 132b. Compared to the conventional example. Therefore, the amount of the electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer 22 can be increased by the decrease in the area of the unreacted portion 50, and the amount of power that can be generated in the entire reaction electrode layer 22 can be increased. .

【００６２】また、本実施例では、各リブ１３２ａ，１
３２ｂの先端面の面積を、図１４及び図１５に示した従
来例のように小さくする必要がなく、リブ１３２ａ，１
３２ｂの先端で反応電極層２２を挟持する際にも、各リ
ブ１３２ａ，１３２ｂの先端面全面で反応電極層２２に
接触することになるため、接触部分の面積を十分確保す
ることができる。従って、接触部分での接触抵抗は図１
４及び図１５に示した従来例のように大きくなることは
なく、リブ形成面１３１に形成される単位面積当たりの
リブの数を増やす必要はない。In this embodiment, each rib 132a, 1
It is not necessary to reduce the area of the distal end surface of the rib 32b as in the conventional example shown in FIGS.
Even when the reaction electrode layer 22 is held between the tips of the ribs 32b, the entire surface of the tip of each of the ribs 132a and 132b comes into contact with the reaction electrode layer 22, so that the area of the contact portion can be sufficiently secured. Therefore, the contact resistance at the contact portion is shown in FIG.
4 and the conventional example shown in FIG. 15, there is no need to increase the number of ribs per unit area formed on the rib forming surface 131.

【００６３】よって、本実施例によれば、各リブ１３２
ａ，１３２ｂの先端面の面積を小さくしたり、リブ形成
面１３１における単位面積当たりのリブの数を増やした
りする必要がないため、ガスセパレータ１３０ａ，１３
０ｂを実際に製造する場合に、高い加工精度が要求され
ることがない。Therefore, according to the present embodiment, each rib 132
Since it is not necessary to reduce the area of the tip end surfaces of the a and 132b and to increase the number of ribs per unit area on the rib forming surface 131, the gas separators 130a and 13b are not required.
When actually manufacturing 0b, high processing accuracy is not required.

【００６４】また、本実施例においても、ガス流路を構
成するためのリブ１３２ａ，１３２ｂは、それぞれ、小
片から成っているため、図５に示すように、そのガス流
路１４２，１４４内をガスは四方に流れることになる。
従って、ガス流路１４２，１４４内を流れるガスは乱流
を起こしやすくなり、その結果、ガスの反応電極層２２
内への拡散圧が高まって、より多くのガスが反応電極層
２２内へ拡散されることになる。よって、例えば、各リ
ブがリブ形成面において線状に形成されているようなガ
スセパレータに比較して、本実施例のガスセパレータ１
３０ａ、１３０ｂによれば、ガスの反応電極層２２内へ
の拡散性を向上させて、ガスの利用効率を上げることが
できる。Also in this embodiment, the ribs 132a and 132b for constituting the gas flow path are each formed of a small piece, so that the inside of the gas flow paths 142 and 144 is formed as shown in FIG. The gas will flow in all directions.
Therefore, the gas flowing in the gas flow paths 142 and 144 easily causes turbulent flow, and as a result, the gas reactant electrode layer 22
The diffusion pressure into the inside increases, so that more gas is diffused into the reaction electrode layer 22. Therefore, for example, as compared to a gas separator in which each rib is formed linearly on the rib forming surface, the gas separator
According to 30a and 130b, the diffusivity of the gas into the reaction electrode layer 22 can be improved, and the gas use efficiency can be increased.

【００６５】図６は本発明の第３の実施例としてのガス
セパレータ装置によって反応電極層２２を挟持している
様子を模式的に示した断面図、図７は図６におけるリブ
の先端部分を矢印Ｅ方向から見て示した説明図である。
なお、反応電極層２２は、第１及び第２の実施例の場合
と同様に、電解質膜（図示せず）をアノード（図示せ
ず）とカソード（図示せず）とによって挟んだ構成とな
っている。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer 22 is sandwiched by a gas separator device according to a third embodiment of the present invention. FIG. It is explanatory drawing shown seen from the arrow E direction.
The reaction electrode layer 22 has a configuration in which an electrolyte membrane (not shown) is sandwiched between an anode (not shown) and a cathode (not shown), as in the first and second embodiments. ing.

【００６６】本実施例のガスセパレータ２３０ａ，２３
０ｂは、各リブ２３２の先端がそれぞれ、図６に示すよ
うに、凸状の球面を成している。但し、矢印Ｅ方向（リ
ブ形成面２３１に対し鉛直な方向）から見た、各リブの
先端面の形状は、図７に示すとおり正方形であり、図１
３に示した従来例のそれとほぼ同様の形状を成してい
る。The gas separators 230a, 23 of this embodiment
0b, the tip of each rib 232 has a convex spherical surface as shown in FIG. However, the shape of the tip end surface of each rib viewed from the direction of arrow E (the direction perpendicular to the rib forming surface 231) is a square as shown in FIG.
3 has substantially the same shape as that of the conventional example shown in FIG.

【００６７】また、ガスセパレータ２３０ａ，２３０ｂ
の各リブ２３２は、これらガスセパレータ２３０ａ，２
３０ｂが、単セル２０を構成する部材として燃料電池内
に組み込まれた際に、図６及び図７に示すように、ガス
セパレータ２３０ａの各リブ２３２の先端とガスセパレ
ータ２３０ｂの各リブ２３２の先端とが、それぞれ、互
いに反応電極層２２を介して、ほぼ同じ位置（矢印Ｅ方
向から見てほぼ同じ位置）で真正面で向き合うように、
形成されている。The gas separators 230a, 230b
Of each gas separator 230a, 2
When the fuel cell 30b is incorporated into the fuel cell as a member constituting the unit cell 20, as shown in FIGS. 6 and 7, the tip of each rib 232 of the gas separator 230a and the tip of each rib 232 of the gas separator 230b , And face each other at the substantially same position (substantially the same position when viewed from the direction of arrow E) via the reaction electrode layer 22, respectively,
Is formed.

【００６８】なお、本実施例においても、ガスセパレー
タ２３０ａ，２３０ｂは、それぞれ、第１及び第２の実
施例と同様に、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻
密質カーボンにより形成されている。In this embodiment, the gas separators 230a and 230b are made of dense carbon which is made by compressing carbon to be gas-impermeable, as in the first and second embodiments. .

【００６９】以上のように構成されたガスセパレータ２
３０ａ，２３０ｂを燃料電池内に組み込んだ場合、ガス
セパレータ２３０ａの各リブ２３２は、反応電極層２２
内のアノード（図示せず）に酸化ガスを供給するための
酸化ガス流路２４２を構成し、また、ガスセパレータ２
３０ｂの各リブ２３２は、反応電極層２２内のカソード
（図示せず）に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路
２４４を構成する。The gas separator 2 constructed as described above
When the fuel cells 30a and 230b are incorporated in the fuel cell, each rib 232 of the gas separator 230a is
An oxidizing gas flow path 242 for supplying an oxidizing gas to an anode (not shown) in the inside is formed.
Each rib 232 of 30b constitutes a fuel gas flow path 244 for supplying a fuel gas to a cathode (not shown) in the reaction electrode layer 22.

【００７０】また、ガスセパレータ２３０ａ，２３０ｂ
を燃料電池内に組み込んだ場合、図７に示すように、ガ
スセパレータ２３０ａ，２３０ｂに白抜き矢印の向きに
圧力が加わり、それによって、ガスセパレータ２３０
ａ，２３０ｂは、各々のリブ２３２の先端で反応電極層
２２を挟持する。なお、圧力の加わる方向は矢印Ｅ方向
（即ち、リブ形成面２３１に対し鉛直な方向）と一致す
る。The gas separators 230a, 230b
When the gas separator 230 is incorporated in the fuel cell, pressure is applied to the gas separators 230a and 230b in the direction of the white arrow as shown in FIG.
a and 230 b sandwich the reaction electrode layer 22 at the tip of each rib 232. Note that the direction in which the pressure is applied coincides with the direction of arrow E (that is, the direction perpendicular to the rib forming surface 231).

【００７１】また、このとき、図６に示すように、各リ
ブ２３２の先端面は、何れも、全面で反応電極層２２に
接触している。しかしながら、上述したように、各リブ
２３２の先端面は、それぞれ、凸状の球面を成してお
り、しかも、相互に向き合うリブ同士２３２は、矢印Ｅ
方向から見てほぼ同じ位置で、真正面で向き合ってい
る。このため、リブ２３２によって反応電極層２２に加
わる圧力は、リブ２３２の先端面と接触している部分全
体に均等に加わるわけでなく、先端面の中央部（即ち、
凸状の球面の先端部分）に接触する部分に集中して加わ
ることになる。従って、反応電極層２２において、この
中央部接触部分は押しつぶされた形となり、ガス透過性
が低下して、酸化ガス流路１４２や燃料ガス流路１４４
からの酸化ガスや燃料ガスが拡散されないため、電気化
学反応が生じない未反応部位５０となってしまう。しか
しながら、リブ２３２の先端面と接触部分のうち、上記
中央部接触部分以外の部分には、リブ２３２からの圧力
があまり加わらないため、ガス透過性はそれほど損なわ
れず、電気化学反応は生じ得る。Further, at this time, as shown in FIG. 6, all of the end surfaces of the ribs 232 are in contact with the reaction electrode layer 22 over the entire surface. However, as described above, the distal end surfaces of the ribs 232 each have a convex spherical surface, and the ribs 232 facing each other are indicated by arrows E.
They are facing each other at almost the same position when viewed from the front. For this reason, the pressure applied to the reaction electrode layer 22 by the rib 232 does not apply evenly to the entire portion of the rib 232 that is in contact with the front end surface, and the center portion of the front end surface (that is,
(The tip of the convex spherical surface). Therefore, in the reaction electrode layer 22, the contact portion at the center becomes a crushed shape, the gas permeability is reduced, and the oxidizing gas flow path 142 and the fuel gas flow path 144 are reduced.
Since the oxidizing gas and the fuel gas are not diffused, the unreacted portion 50 where no electrochemical reaction occurs is generated. However, since the pressure from the rib 232 is not much applied to portions other than the center contact portion of the contact portion with the tip end surface of the rib 232, gas permeability is not significantly impaired, and an electrochemical reaction may occur.

【００７２】図７から明らかなように、未反応部位５０
の面積は、リブ２３２の先端面との接触部分全体の面積
に比べてかなり小さくすることができる。従って、本実
施例によれば、各リブ２３２の先端面の面積を小さくし
なくても、未反応部位５０の面積を、例えば、図１２及
び図１３に示した従来例に比較して、十分小さくするこ
とができるため、未反応部位５０の面積をが小さくなっ
た分、反応電極層２２で起こり得る電気化学反応の量を
増加させることができ、反応電極層２２全体で発生可能
な電力量を増やすことができる。As is clear from FIG.
Can be considerably smaller than the area of the entire contact portion with the tip end surface of the rib 232. Therefore, according to this embodiment, the area of the unreacted portion 50 can be sufficiently reduced as compared with, for example, the conventional example shown in FIGS. 12 and 13 without reducing the area of the tip end surface of each rib 232. Since the size of the unreacted portion 50 can be reduced, the amount of electrochemical reaction that can occur in the reaction electrode layer 22 can be increased by the reduced area of the unreacted portion 50, and the amount of power that can be generated in the entire reaction electrode layer 22 Can be increased.

【００７３】また、本実施例では、各リブ２３２の先端
面の面積を、図１４及び図１５に示した従来例のように
小さくする必要がなく、リブ２３２の先端で反応電極層
２２を挟持する際にも、各リブ２３２の先端面（球面）
全面で反応電極層２２に接触することになるため、接触
部分の面積を十分確保することができる。従って、接触
部分での接触抵抗は図１４及び図１５に示した従来例の
ように大きくなることはなく、リブ形成面２３１に形成
される単位面積当たりのリブの数を増やす必要はない。In this embodiment, it is not necessary to reduce the area of the front end face of each rib 232 unlike the conventional example shown in FIGS. 14 and 15, and the reaction electrode layer 22 is sandwiched between the front ends of the ribs 232. When doing, the tip surface (spherical surface) of each rib 232
Since the entire surface comes into contact with the reaction electrode layer 22, the area of the contact portion can be sufficiently secured. Therefore, the contact resistance at the contact portion does not increase as in the conventional example shown in FIGS. 14 and 15, and it is not necessary to increase the number of ribs per unit area formed on the rib forming surface 231.

【００７４】よって、本実施例によれば、各リブ２３２
の先端面を凸状の球面とするだけで、上記従来例のよう
に、先端面の面積を小さくしたり、リブ形成面２３１に
おける単位面積当たりのリブの数を増やしたりする必要
がないため、ガスセパレータ２３０ａ，２３０ｂを実際
に製造する場合に、それほど高い加工精度が要求されな
い。Therefore, according to this embodiment, each rib 232
Is merely a convex spherical surface, it is not necessary to reduce the area of the distal end surface or increase the number of ribs per unit area on the rib forming surface 231 as in the above-described conventional example. When actually manufacturing the gas separators 230a and 230b, not so high processing accuracy is required.

【００７５】また、本実施例においても、ガス流路を構
成するためのリブ２３２は、それぞれ、小片から成って
いるため、図７に示すように、そのガス流路２４２，２
４４内をガスは四方に流れることになり、乱流を起こし
やすくなる。その結果、ガスの反応電極層２２内への拡
散圧が高まって、より多くのガスが反応電極層２２内へ
拡散される。従って、本実施例によれば、例えば、各リ
ブがリブ形成面において線状に形成されているようなガ
スセパレータに比較して、ガスの反応電極層２２内への
拡散性を向上させて、ガスの利用効率を上げることがで
きる。Also in the present embodiment, the ribs 232 for forming the gas flow paths are each formed of a small piece, and therefore, as shown in FIG.
The gas flows in four directions in the inside 44, and turbulence is likely to occur. As a result, the diffusion pressure of the gas into the reaction electrode layer 22 increases, and more gas is diffused into the reaction electrode layer 22. Therefore, according to the present embodiment, for example, compared to a gas separator in which each rib is linearly formed on the rib forming surface, the diffusivity of gas into the reaction electrode layer 22 is improved, Gas utilization efficiency can be increased.

【００７６】なお、本実施例において、各リブ２３２の
先端面に形成される凸状の球面の曲率半径は、反応電極
層２２の強度や、単セルの積層方向に加わる押圧力や、
各リブの先端面の面積などを考慮して設定される。In this embodiment, the radius of curvature of the convex spherical surface formed on the tip end surface of each rib 232 depends on the strength of the reaction electrode layer 22, the pressing force applied in the stacking direction of the single cells, and the like.
The setting is made in consideration of the area of the tip surface of each rib.

【００７７】さて、本発明は上記した実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様にて実施することが可能である。The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

【００７８】図８は上記した第１の実施例についてのリ
ブの変形例を示す説明図である。即ち、図８は、図２と
同様に、相互に向き合う１組のリブの先端部分を図１の
矢印Ｃ方向から見て示したものである。FIG. 8 is an explanatory view showing a modified example of the rib in the first embodiment. That is, FIG. 8 shows a tip portion of a pair of ribs facing each other as viewed in the direction of arrow C in FIG.

【００７９】図８（ａ）に示す変形例では、リブ３２
ｃ，３２ｄの先端面の形状を正方形ではなく、円として
いる。なお、各々の先端の中心は、図１の矢印Ｃ方向
（リブ形成面に対し鉛直な方向）から見た場合に、第１
の実施例と同様にずれており、各々の先端面は一部がオ
ーバーラップするように形成されている。In the modification shown in FIG.
The shape of the tip surfaces of c and 32d is not a square but a circle. The center of each tip is the first position when viewed from the direction of arrow C in FIG. 1 (the direction perpendicular to the rib forming surface).
As in the case of the first embodiment, each tip is formed so as to partially overlap.

【００８０】このように、リブの先端面の形状を正方形
に代えて円としても、矢印Ｃ方向から見た場合に、各々
の先端面の一部がオーバーラップするように形成されて
いれば、第１の実施例と同様の効果を奏することができ
る。なお、本発明では、リブの先端面の形状として、正
方形や円に限らず、三角形，長方形，楕円，多角形など
種々の形状を適用することも可能である。As described above, even if the shape of the rib tip surface is a circle instead of a square, if the ribs are formed so that a part of each tip surface overlaps when viewed from the arrow C direction, The same effects as in the first embodiment can be obtained. In the present invention, the shape of the tip end surface of the rib is not limited to a square or a circle, and various shapes such as a triangle, a rectangle, an ellipse, and a polygon can be applied.

【００８１】次に、図８（ｂ）に示す変形例では、相互
に向き合うリブ同士３２ｅ，３２ｆは、図１の矢印Ｃ方
向（リブ形成面に対し鉛直な方向）から見た場合に、各
々の先端の中心は一致するが、各々の先端面が約４５度
で交差するように、形成されている。Next, in the modification shown in FIG. 8B, the ribs 32e and 32f facing each other are viewed from the direction of arrow C in FIG. 1 (the direction perpendicular to the rib forming surface). Are formed so that the centers of the tips coincide with each other, but the tip faces intersect at about 45 degrees.

【００８２】このように、矢印Ｃ方向から見た場合に、
リブ３２ｅ，３２ｆの先端の中心を一致させても、各々
の先端面を互いに交差させることによって、各々の先端
面は一部のみオーバーラップすることになる。従って、
反応電極層において、各リブ３２ｅ，３２ｆとの接触部
分の面積より、オーバーラップ対応部分の面積は小さく
なるため、未反応部位５０の面積を小さくすることがで
き、第１の実施例と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明では、矢印Ｃ方向から見た場合に、リブ３
２ｅ，３２ｆの各々の先端面が一部のみオーバーラップ
していれば良く、両者の交差角度は何度でも構わない。
図９は上記した第２の実施例についてのリブの変形例を
示す説明図である。即ち、図９は、図５と同様に、相互
に向き合う１組のリブ（１対のリブと他の１対のリブ）
の先端部分を図４の矢印Ｄ方向から見て示したものであ
る。Thus, when viewed from the direction of arrow C,
Even if the centers of the tips of the ribs 32e and 32f are made coincident with each other, the respective end faces only partially overlap each other by intersecting the respective end faces. Therefore,
In the reaction electrode layer, since the area of the overlap corresponding portion is smaller than the area of the contact portion with each of the ribs 32e and 32f, the area of the unreacted portion 50 can be reduced, and the same as in the first embodiment. The effect can be achieved.
In the present invention, when viewed from the arrow C direction, the rib 3
It suffices that the tip surfaces of 2e and 32f only partially overlap, and the intersection angle between them may be any number of times.
FIG. 9 is an explanatory view showing a modification of the rib in the second embodiment. That is, FIG. 9 shows a pair of ribs facing each other (a pair of ribs and another pair of ribs), similarly to FIG.
5 is viewed from the direction of arrow D in FIG.

【００８３】図９（ａ）に示す変形例では、相互に向き
合うリブ同士１３２ｃ，１３２ｄは、図４の矢印Ｄ方向
（リブ形成面に対し鉛直な方向）から見た場合に、１対
のリブ１３２ｃの先端面と他の１対のリブ１３２ｄの先
端面とが第２の実施例と同様に直交し、さらに、前者の
先端面と後者の先端面とがオフセットを持つように（即
ち、前者の２つの先端面の中心と後者の２つの先端面の
中心とがずれるように）、形成されている。In the modified example shown in FIG. 9A, the ribs 132c and 132d facing each other are a pair of ribs when viewed from the direction of arrow D in FIG. 4 (the direction perpendicular to the rib forming surface). The tip end face of the other pair of ribs 132d is orthogonal to the tip end face of the other pair of ribs 132d as in the second embodiment, and the tip end face of the former is offset from the tip end face of the latter (ie, the former). (The center of the two tip surfaces is shifted from the center of the latter two tip surfaces).

【００８４】このように、矢印Ｄ方向から見た場合に、
１対のリブ１３２ｃの先端面と他の１対のリブ１３２ｄ
の先端面と間にオフセットを持たせることにより、反応
電極層において、オーバーラップ対応部分の面積は第２
の実施例に比較して小さくなるため、未反応部位５０の
面積をさらに小さくすることができる。As described above, when viewed from the direction of arrow D,
The tip surface of one pair of ribs 132c and another pair of ribs 132d
In the reaction electrode layer, the area of the overlap-corresponding portion has the second
Since the size of the unreacted portion 50 is smaller than that of the embodiment, the area of the unreacted portion 50 can be further reduced.

【００８５】次に、図９（ｂ）に示す変形例では、相互
に向き合うリブ同士１３２ｅ，１３２ｆは、矢印Ｄ方向
（リブ形成面に対し鉛直な方向）から見た場合に、１対
のリブ１３２ｅの先端面と他の１対のリブ１３２ｆの先
端面とが、直交ではなく、約４５度で交差するように、
形成されている。Next, in the modification shown in FIG. 9B, the ribs 132e and 132f facing each other are a pair of ribs when viewed from the direction of arrow D (the direction perpendicular to the rib formation surface). 132e so that the tip face of the other pair of ribs 132f intersects not at right angles but at about 45 degrees.
Is formed.

【００８６】このように、矢印Ｄ方向から見た場合に、
１対のリブ１３２ｅの先端面と他の１対のリブ１３２ｆ
の先端面とを約４５度で交差させても、反応電極層にお
いて、各リブ１３２ｅ，１３２ｆとの接触部分の面積よ
り、オーバーラップ対応部分の面積は小さくなるため、
未反応部位５０の面積を小さくすることができ、第２の
実施例と同様の効果を奏することができる。なお、この
場合も、１対のリブ１３２ｅの先端面と他の１対のリブ
１３２ｆの先端面との交差角度は、前者の先端面と後者
の先端面が一部のみオーバーラップしていれば、何度で
も構わない。As described above, when viewed from the direction of arrow D,
The tip end face of one pair of ribs 132e and another pair of ribs 132f
Even if the tip surface of the reaction electrode intersects at about 45 degrees, the area of the overlap corresponding portion in the reaction electrode layer is smaller than the area of the contact portion with each of the ribs 132e and 132f.
The area of the unreacted portion 50 can be reduced, and the same effect as in the second embodiment can be obtained. Also in this case, the intersection angle between the distal end surface of one pair of ribs 132e and the distal end surface of the other pair of ribs 132f is determined if the former distal end surface and the latter distal end surface only partially overlap. It doesn't matter.

【００８７】最後に、図９（ｃ）に示す変形例では、相
互に向き合うリブ同士１３２ｇ，１３２ｈは、矢印Ｄ方
向（リブ形成面に対し鉛直な方向）から見た場合に、１
対のリブ１３２ｇのうちの一方のリブの先端面と、他の
１対のリブ１３２ｈのうちの一方のリブの先端面のみが
直交するように、形成されている。１対のリブ１３２ｇ
及び他の１対のリブ１３２ｈのうち、各々の他方のリブ
の先端面は、何れの先端面ともオーバーラップしない。
従って、反応電極層に加えられる圧力は、先端面の直交
するの方のリブ１３２ｇ，１３２ｈによってのみ加えら
れ、先端面のオーバーラップしないの方のリブ１３２
ｇ，１３２ｈによっては何ら圧力が加えられない。即
ち、先端面のオーバーラップしないの方のリブ１３２
ｇ，１３２ｈは、反応電極層に接触しているだけであ
る。Finally, in the modification shown in FIG. 9 (c), the ribs 132g and 132h facing each other are positioned at 1 when viewed from the direction of arrow D (the direction perpendicular to the rib forming surface).
The ribs are formed such that only the distal end face of one of the ribs 132g and the distal end face of one of the other ribs 132h are orthogonal to each other. 132g of a pair of ribs
Of the pair of ribs 132h and the other, the tip surface of the other rib does not overlap with any tip surface.
Therefore, the pressure applied to the reaction electrode layer is applied only by the ribs 132g, 132h on the front end surface orthogonal to each other, and the rib 132 on the front end surface is not overlapped.
g, 132h, no pressure is applied. That is, the rib 132 on the non-overlapping end surface
g and 132h are only in contact with the reaction electrode layer.

【００８８】このように、矢印Ｄ方向から見た場合に、
１対のリブ１３２ｇのうちの一方のリブの先端面と、他
の１対のリブ１３２ｈのうちの一方のリブの先端面のみ
を直交させることにより、反応電極層において、オーバ
ーラップ対応部分の面積は第２の実施例に比較して小さ
くなるため、未反応部位５０の面積をさらに小さくする
ことができる。As described above, when viewed from the direction of arrow D,
By making the tip end face of one rib of the pair of ribs 132g and the tip end face of one rib of the other pair of ribs 132h perpendicular to each other, the area of the reaction electrode layer corresponding to the overlap is obtained. Is smaller than in the second embodiment, so that the area of the unreacted portion 50 can be further reduced.

【００８９】なお、図９（ｃ）と図５とを比較すれば明
らかなように、この変形例の場合、オーバーラップ対応
部分の面積は第２の実施例と比べて約１／４に減るた
め、反応電極層に加えられる圧力は、逆に４倍に増える
ことになる。従って、反応電極層、その圧力に耐え得る
ような強度を持つ必要がある。As is apparent from a comparison between FIG. 9C and FIG. 5, in the case of this modification, the area of the portion corresponding to the overlap is reduced to about 1/4 as compared with the second embodiment. Therefore, the pressure applied to the reaction electrode layer increases four times. Therefore, the reaction electrode layer needs to have strength enough to withstand the pressure.

【００９０】また、上記した第３の実施例では、各リブ
の先端面の形状を凸状の球面としたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、凸面であれば、非球面であっ
ても良い。In the third embodiment described above, the shape of the tip end surface of each rib is a convex spherical surface. However, the present invention is not limited to this. There may be.

【００９１】また、上記した各実施例において、ガスセ
パレータは、それぞれ、カーボンを圧縮してガス不透過
とした緻密質カーボンによって形成することとしたが、
異なる材質によって形成することとしてもよい。例え
ば、焼成体カーボンによって形成したり、金属部材によ
って形成することとしてもよい。金属部材によって形成
する場合には、充分な耐腐食性を有する金属を選択する
ことが望ましい。あるいは、充分な耐腐食性を有する材
質によって、金属部材の表面を被覆することとしてもよ
い。特に、金属部材を用いてガスセパレータを成形する
場合は、リブの大きさ，数，精度により型費が大きく異
なる。上記した各実施例のようなリブ形状であれば、リ
ブを小さくすることなく、数も少なくてすむので、型製
作においてかなりのコストダウンが見込まれる。In each of the above embodiments, the gas separator is made of dense carbon which is made of carbon by compressing carbon to make gas impermeable.
It may be formed of a different material. For example, it may be formed of fired carbon or a metal member. When formed of a metal member, it is desirable to select a metal having sufficient corrosion resistance. Alternatively, the surface of the metal member may be covered with a material having sufficient corrosion resistance. In particular, when a gas separator is formed using a metal member, the mold cost varies greatly depending on the size, number, and accuracy of the ribs. In the case of the rib shape as in each of the above-described embodiments, the number of ribs can be reduced without reducing the size of the ribs.

【００９２】また、上記した各実施例では、本発明を固
体高分子型燃料電池に適用する場合について説明した
が、例えば、りん酸型燃料電池や固体電解質型燃料電池
など、異なる種類の燃料電池に適用することもできる。In each of the embodiments described above, the case where the present invention is applied to a polymer electrolyte fuel cell has been described. For example, different types of fuel cells such as a phosphoric acid fuel cell and a solid electrolyte fuel cell are described. It can also be applied to

[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施例としてのガスセパレータ
装置によって反応電極層２２を挟持している様子を模式
的に示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer 22 is sandwiched by a gas separator device as a first embodiment of the present invention.

【図２】図１におけるリブ３２ａ，３２ｂの先端部分を
矢印Ｃ方向から見て示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the tip portions of ribs 32a and 32b in FIG. 1 viewed from the direction of arrow C.

【図３】燃料電池に第１の実施例のガスセパレータを組
み込んだ場合と従来例のガスセパレータを組み込んだ場
合とで、燃料電池の出力電流密度に対する出力電圧特性
及び抵抗特性を比較して示したグラフである。FIG. 3 shows a comparison between the output voltage characteristic and the resistance characteristic with respect to the output current density of the fuel cell when the gas separator of the first embodiment is incorporated into the fuel cell and when the gas separator of the conventional example is incorporated into the fuel cell. FIG.

【図４】本発明の第２の実施例としてのガスセパレータ
装置によって反応電極層２２を挟持している様子を模式
的に示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer 22 is sandwiched by a gas separator device as a second embodiment of the present invention.

【図５】図４におけるリブ１３２ａ，１３２ｂの先端部
分を矢印Ｄ方向から見て示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the tip portions of ribs 132a and 132b in FIG.

【図６】本発明の第３の実施例としてのガスセパレータ
装置によって反応電極層２２を挟持している様子を模式
的に示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer 22 is sandwiched by a gas separator device as a third embodiment of the present invention.

【図７】図６におけるリブ２３２の先端部分を矢印Ｅ方
向から見て示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a tip portion of a rib 232 in FIG.

【図８】第１の実施例についてのリブの変形例を示す説
明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing a modified example of the rib according to the first embodiment.

【図９】第２の実施例についてのリブの変形例を示す説
明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing a modification of the rib according to the second embodiment.

【図１０】一般的な燃料電池を構成するスタック構造１
５の外観を表わす斜視図である。FIG. 10 shows a stack structure 1 of a general fuel cell.
FIG. 5 is a perspective view illustrating an appearance of a fifth embodiment.

【図１１】図１０のスタック構造１５の基本単位である
単セル２０の構成を表わす分解斜視図である。11 is an exploded perspective view showing a configuration of a single cell 20 which is a basic unit of the stack structure 15 of FIG.

【図１２】従来におけるガスセパレータによって反応電
極層を挟持している様子を模式的に示した断面図であ
る。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer is sandwiched by a conventional gas separator.

【図１３】図１２におけるリブ３２’の先端部分を矢印
Ａ方向から見て示した説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a tip portion of a rib 32 ′ in FIG. 12 as viewed from the direction of arrow A.

【図１４】従来における他のガスセパレータによって反
応電極層を挟持している様子を模式的に示した断面図で
ある。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a reaction electrode layer is sandwiched by another conventional gas separator.

【図１５】図１４におけるリブ３２”の先端部分を矢印
Ｂ方向から見て示した説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a tip portion of a rib 32 ″ in FIG. 14 as viewed from the direction of arrow B.

[Explanation of symbols]

１５…スタック構造２０…単セル２２…反応電極層２４…電解質膜２５…アノード３０ａ，３０ｂ…ガスセパレータ３１…リブ形成面３２…リブ３２ａ，３２ｂ…リブ３２ｃ，３２ｄ…リブ３２ｅ，３２ｆ…リブ３３ａ，３３ｂ…リブの先端の中心３６，３７…集電板３６Ａ，３７Ａ…出力端子３８，３９…絶縁板４２…酸化ガス流路４４…燃料ガス流路５０…未反応部位８０，８５…エンドプレート１３０ａ，１３０ｂ…ガスセパレータ１３１…リブ形成面１３２ａ，１３２ｂ…リブ１３２ｃ，１３２ｄ…リブ１３２ｅ，１３２ｆ…リブ１３２ｇ，１３２ｈ…リブ１４２…酸化ガス流路１４４…燃料ガス流路２３０ａ，２３０ｂ…ガスセパレータ２３１…リブ形成面２３２…リブ２４２…酸化ガス流路２４４…燃料ガス流路Ｉａ…出力電圧特性Ｉｂ…抵抗特性Ｐａ…出力電圧特性Ｐｂ…抵抗特性 DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Stack structure 20 ... Single cell 22 ... Reaction electrode layer 24 ... Electrolyte membrane 25 ... Anode 30a, 30b ... Gas separator 31 ... Rib forming surface 32 ... Rib 32a, 32b ... Rib 32c, 32d ... Rib 32e, 32f ... Rib 33a .., 33b... Centers of rib tips 36, 37... Current collectors 36A, 37A... Output terminals 38, 39... 130a, 130b ... gas separator 131 ... rib forming surface 132a, 132b ... rib 132c, 132d ... rib 132e, 132f ... rib 132g, 132h ... rib 142 ... oxidizing gas passage 144 ... fuel gas passage 230a, 230b ... gas separator 231 ... Rib forming surface 232 ... Rib 242 ... Oxidizing gas channel 244 ... Fuel gas Ia: Output voltage characteristics Ib: Resistance characteristics Pa: Output voltage characteristics Pb: Resistance characteristics

Claims

[Claims]

In a fuel cell, a gas for supplying gas to the reaction electrode layer is disposed on both sides of a reaction electrode layer including an electrolyte layer, an anode electrode, and a cathode electrode. A set of gas separators having ribs composed of a plurality of arranged protruding small pieces for forming a flow path, and when both gas separators are incorporated into the fuel cell, each rib of both gas separators is provided. A gas separator device for sandwiching the reaction electrode layer by the tip of the ribs, wherein each rib sandwiching the reaction electrode layer is formed such that respective tips face each other in front through the reaction electrode layer. In addition, at least a part of the ribs facing each other has only a part when the contact surfaces of the respective tips with the reaction electrode layer are viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface. As Barappu, gas separator apparatus characterized by being formed.

2. The gas separator device according to claim 1, wherein the ribs coincide with each other when a center of the contact surface at each tip is viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface. A gas separator device characterized by being formed so as not to be disturbed.

3. The gas separator device according to claim 1, wherein the ribs are arranged such that the contact surfaces at the respective ends thereof have a
The gas separator device is formed so as to intersect when viewed from a direction perpendicular to the rib forming surface.

4. The gas separator device according to claim 3, wherein the ribs have a rectangular contact surface at each end.

5. The gas separator device according to claim 2, wherein the ribs are formed so that the shapes of the contact surfaces at the respective tips are equal to each other. Gas separator device.

6. In a fuel cell, the fuel electrode is disposed on both sides of a reaction electrode layer including an electrolyte layer, an anode electrode and a cathode electrode, and each of the surfaces on the reaction electrode layer side for a gas supplied to the reaction electrode layer. A set of gas separators having ribs composed of a plurality of arranged protruding small pieces for forming a flow path, and when both gas separators are incorporated into the fuel cell, each rib of both gas separators is provided. A gas separator device for sandwiching the reaction electrode layer by the tip of the ribs, wherein each rib sandwiching the reaction electrode layer is formed such that respective tips face each other in front through the reaction electrode layer. In addition, at least a part of the ribs facing each other has a convex surface at each tip.

7. A fuel cell using the gas separator device according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of single cells each including the reaction electrode layer and the gas separator are provided. A fuel cell characterized by being laminated.