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JP2001250568A - Current collector plate for polymer electrolyte fuel cells - Google Patents

Current collector plate for polymer electrolyte fuel cells

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Publication number
JP2001250568A
JP2001250568A JP2000059313A JP2000059313A JP2001250568A JP 2001250568 A JP2001250568 A JP 2001250568A JP 2000059313 A JP2000059313 A JP 2000059313A JP 2000059313 A JP2000059313 A JP 2000059313A JP 2001250568 A JP2001250568 A JP 2001250568A
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JP
Japan
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gas
current collector
gas passage
flow direction
passages
Prior art date
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JP2000059313A
Other languages
Japanese (ja)
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Inventor
Takeshi Takahashi
剛 高橋
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JP2001250568A publication Critical patent/JP2001250568A/en
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス通路の下流側に液化した水分による閉塞が
発生するのを抑え、良好な発電効率を維持することので
きる固体高分子型燃料電池の集電板を提供する。 【解決手段】集電板10は、固体高分子型燃料電池の一
対の電解質膜の間に配設される。集電板10において、
一方の電解質膜に設けられた陰極と対向する面には、複
数の燃料ガス通路50が形成される。また、集電板10
において、他方の電解質膜に設けられた陽極と対向する
面には、燃料ガス通路50におけるガス流れ方向と逆向
きに酸化剤ガスを流すための複数の酸化剤ガス通路が形
成される。各ガス通路には隣り合う通路を連通する連通
路が複数形成され、この連通路の形成密度はガス流れ方
向の下流側ほど大きく設定される。
(57) [Problem] To provide a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell that can suppress the occurrence of blockage due to liquefied moisture on the downstream side of a gas passage and maintain good power generation efficiency. . A current collector is disposed between a pair of electrolyte membranes of a polymer electrolyte fuel cell. In the current collector 10,
A plurality of fuel gas passages 50 are formed on the surface of one of the electrolyte membranes facing the cathode. In addition, the current collector 10
In the above, a plurality of oxidant gas passages for flowing an oxidant gas in a direction opposite to a gas flow direction in the fuel gas passage 50 are formed on a surface of the other electrolyte membrane facing the anode. In each gas passage, a plurality of communication passages communicating adjacent passages are formed, and the formation density of the communication passages is set to be higher toward the downstream side in the gas flow direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電解質膜との積
層面に燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路の少なくとも一
方が形成される固体高分子型燃料電池の集電板に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell in which at least one of a fuel gas passage and an oxidizing gas passage is formed on a surface on which an electrolyte membrane is laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型の燃料電池では、固体高分
子材料からなる電解質膜と、この電解質膜を両側から挟
むようにして設けられた反応電極(陽極及び陰極)とに
よって1つのセル(単位セル)が構成されている。そし
て、陰極に水素を含む燃料ガスを接触させるとともに、
陽極に酸素を含む酸化剤ガスを接触させ、陰極から電解
質膜を通過して陽極に移動する水素イオンと同陽極の酸
素とが還元反応して水が生成される際に生じる電気的エ
ネルギを各反応電極から取り出すようにしている。
2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell, one cell (unit cell) is composed of an electrolyte membrane made of a solid polymer material and reaction electrodes (anode and cathode) provided so as to sandwich the electrolyte membrane from both sides. ) Is configured. Then, while bringing the fuel gas containing hydrogen into contact with the cathode,
An oxidizing gas containing oxygen is brought into contact with the anode, and the electrical energy generated when water is produced by a reduction reaction between hydrogen ions moving from the cathode to the anode through the electrolyte membrane and the oxygen at the anode is converted into each of them. It is taken out from the reaction electrode.

【0003】また通常、固体高分子型の燃料電池では、
1つの単位セルだけでは取り出すことのできる起電力に
限りがあるため、各単位セルと集電板と呼ばれる部材と
を交互に複数積層することにより所望の起電力を得るよ
うにしている。この集電板は例えばカーボン等の導電材
料によって形成されており、各反応電極を電気的に接続
する機能の他、各反応電極の表面との間に燃料ガスや酸
化剤ガスを供給するためのガス通路を形成する機能を併
せ有している。
[0003] Generally, in a polymer electrolyte fuel cell,
Since there is a limit to the electromotive force that can be taken out by only one unit cell, a desired electromotive force is obtained by alternately stacking a plurality of unit cells and members called current collectors. This current collector plate is formed of, for example, a conductive material such as carbon, and has a function of electrically connecting each reaction electrode, and also supplies a fuel gas or an oxidizing gas between the reaction electrode and the surface thereof. It also has a function of forming a gas passage.

【0004】ところで、固体高分子型の燃料電池では、
電解質膜の水分量が低下するとそのイオン導電率が低下
して発電効率が低下する一方、電解質膜の水分量が過度
に増大すると各反応電極におけるガスの拡散が阻害さ
れ、やはり発電効率の低下を招くこととなる。このた
め、こうした固体高分子型の燃料電池では、所定の発電
効率を維持するうえで電解質膜の水分量を適切に管理す
る必要がある。例えば、還元反応により生成された水が
ガス通路のガスとともに下流側に移動することにより、
同ガス通路の上流側に位置する電解質膜の一端側で水分
量が低下するとともに、下流側に位置する電解質膜の他
端側で水分量が過度に増大した場合には、発電効率の低
下を招くこととなる。
By the way, in a polymer electrolyte fuel cell,
When the amount of water in the electrolyte membrane decreases, the ionic conductivity decreases and the power generation efficiency decreases.On the other hand, when the amount of water in the electrolyte membrane excessively increases, gas diffusion at each reaction electrode is hindered. Will be invited. For this reason, in such a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to appropriately manage the water content of the electrolyte membrane in order to maintain a predetermined power generation efficiency. For example, water generated by the reduction reaction moves downstream together with the gas in the gas passage,
If the amount of water decreases at one end of the electrolyte membrane located on the upstream side of the gas passage and the amount of water excessively increases at the other end of the electrolyte membrane located on the downstream side, the power generation efficiency may decrease. Will be invited.

【0005】そこで従来、例えば特開平10−3201
1号公報にみられるように、集電板の各面に形成される
ガス通路を複数の平行溝によって形成するとともに、隣
り合う溝のガスの流れを対向する向きに設定したものが
知られている。こうした構成によれば、集電板の各ガス
通路内における平均的な水分分布がガス流れ方向におい
て略均一になるため、電解質膜の水分量が適切に維持さ
れるようになる。
Therefore, conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3201
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1 (1999) -107, it is known that a gas passage formed in each surface of a current collector plate is formed by a plurality of parallel grooves, and gas flows in adjacent grooves are set to face each other. I have. According to such a configuration, the average moisture distribution in each gas passage of the current collector plate is substantially uniform in the gas flow direction, so that the amount of moisture in the electrolyte membrane is appropriately maintained.

【0006】但し、こうした構成では、同じ面に形成さ
れた隣り合う平行溝のガスの流れを互いに対向させる必
要があるため、集電板におけるガス通路の複雑化が避け
きれないものとなる。そこで、集電板の一方の面に形成
された燃料ガス通路の燃料ガスと、その反対側の面に形
成された酸化剤ガス通路の酸化剤ガスとを互いに対向す
る向きに流すことが考えられる。
However, in such a configuration, it is necessary to make the gas flows of the adjacent parallel grooves formed on the same surface be opposed to each other, so that the gas passage in the current collector plate is inevitably complicated. Therefore, it is conceivable that the fuel gas in the fuel gas passage formed on one surface of the current collector plate and the oxidant gas in the oxidant gas passage formed on the opposite surface flow in opposite directions. .

【0007】こうした構成では、ガスの水分量が多くな
る燃料ガス通路の下流側部分と水分量が少なくなる酸化
剤ガス通路の上流側部分とが電解質膜を挟んで両側に位
置するようになるとともに、水分量が少なくなる燃料ガ
ス通路の上流側部分と水分量が多くなる酸化剤ガス通路
の下流側部分とが電解質膜を挟んで両側に位置するよう
になる。従って、各ガス通路の構成の複雑化を招くこと
なく、各ガス通路のガスから電解質膜にそれぞれ供給さ
れる水分量の総和をガス流れ方向において略一定に維持
することができ、同電解質膜の水分量を適量に調節する
ことができるようになる。
In such a configuration, the downstream portion of the fuel gas passage where the moisture content of the gas increases and the upstream portion of the oxidant gas passage where the moisture content decreases become located on both sides of the electrolyte membrane. In addition, the upstream portion of the fuel gas passage where the water content decreases and the downstream portion of the oxidizing gas passage where the water content increases increase are located on both sides of the electrolyte membrane. Accordingly, the sum of the amounts of water supplied from the gas in each gas passage to the electrolyte membrane can be maintained substantially constant in the gas flow direction without complicating the configuration of each gas passage, and the electrolyte membrane of the same membrane can be maintained. The amount of water can be adjusted appropriately.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに燃料ガス及び酸化剤ガスのガス流れを対向させるよ
うにした場合には、各ガス通路におけるガスの流れにつ
いて以下のような不都合が生じることとなる。
However, when the flow of the fuel gas and the flow of the oxidizing gas are made to face each other as described above, the following inconvenience occurs in the gas flow in each gas passage. Become.

【0009】即ち、還元反応により陽極側で生成される
水は酸化剤ガスとともに酸化剤ガス通路の下流側に移動
する一方、陽極側から電解質膜を通じて陰極側に逆拡散
した生成水は燃料ガスとともに燃料ガス通路の下流側に
移動するようになる。そして、こうした水分の移動によ
って、各ガス通路の下流側部分ではガスに含まれる水分
の濃度が過度に上昇し、その水分が液化して各ガス通路
を閉鎖してしまうことがある。その結果、各ガス通路に
おけるガスの流れが阻害されるようになり、発電効率の
低下を招くこととなる。
That is, the water generated on the anode side by the reduction reaction moves to the downstream side of the oxidizing gas passage together with the oxidizing gas, while the water reversely diffused from the anode side to the cathode side through the electrolyte membrane together with the fuel gas. It moves to the downstream side of the fuel gas passage. Then, due to the movement of the moisture, the concentration of the moisture contained in the gas may excessively increase in the downstream portion of each gas passage, and the moisture may liquefy and close each gas passage. As a result, the flow of gas in each gas passage is hindered, and the power generation efficiency is reduced.

【0010】この発明は、こうした従来の実情に鑑みて
なされたものであり、その目的は、ガス通路の下流側部
分に液化した水分による閉塞が発生するのを抑えて、良
好な発電効率を維持することのできる固体高分子型燃料
電池の集電板を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a conventional situation, and has as its object to suppress the occurrence of blockage due to liquefied water in a downstream portion of a gas passage and maintain good power generation efficiency. It is an object of the present invention to provide a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell which can be used.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段及びその作用効果について以下に記載する。請求
項1に記載の発明では、燃料ガス及び酸化剤ガスを対向
する向きに流すための燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路
が電解質膜を挟んでその両側に設けられる固体高分子型
燃料電池に用いられ、前記各ガス通路の少なくとも一方
が前記電解質膜との積層面に形成される固体高分子型燃
料電池の集電板において、前記ガス通路は複数の流路に
より構成され、それら隣り合う流路を連通する連通部が
複数形成されるとともに、その連通部による連通度合い
がガス流れ方向の下流側ほど大きく設定される。
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below. According to the first aspect of the present invention, the fuel gas passage and the oxidant gas passage for flowing the fuel gas and the oxidant gas in opposite directions are used in a polymer electrolyte fuel cell provided on both sides of an electrolyte membrane. In a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell in which at least one of the gas passages is formed on a layered surface with the electrolyte membrane, the gas passages are formed by a plurality of flow passages, and the adjacent flow passages Are formed, and the degree of communication by the communication portions is set to be greater toward the downstream side in the gas flow direction.

【0012】上記請求項1に記載した構成によれば、ガ
ス通路のガスに含まれる水分は同ガス通路の下流側部分
ほど多くなるが、この下流側部分においては隣り合う流
路を連通する連通部の連通度合いが相対的に大きく設定
されているため、この連通部においてガスの拡散が促進
され、同ガスに含まれる水分の液化が抑制されるように
なる。
According to the structure of the first aspect, the moisture contained in the gas in the gas passage increases in the downstream portion of the gas passage, but the downstream portion communicates with the adjacent flow passage. Since the degree of communication between the parts is set relatively large, diffusion of the gas is promoted in the communication part, and liquefaction of water contained in the gas is suppressed.

【0013】一方、ガス通路の上流側部分においては、
上記連通部の連通度合いが相対的に小さく設定されてい
るため、過剰なガスの拡散が抑制されるようになる。従
って、ガス流速の低下が抑えられ、電解質膜に接触する
ガスの組成の均一化が図られるようになる。
On the other hand, in the upstream portion of the gas passage,
Since the communication degree of the communication portion is set relatively small, excessive gas diffusion is suppressed. Therefore, a decrease in the gas flow rate is suppressed, and the composition of the gas in contact with the electrolyte membrane can be made uniform.

【0014】その結果、上記構成によれば、ガス通路の
下流側部分に液化した水分による閉塞が発生するのを抑
えることができ、良好な発電効率を維持することができ
るようになる。
As a result, according to the above configuration, it is possible to suppress the occurrence of blockage due to liquefied moisture in the downstream portion of the gas passage, and it is possible to maintain good power generation efficiency.

【0015】尚、上記構成のように、連通部の連通度合
いをガス流れ方向の下流側ほど大きく設定するには、例
えば、連通部の形成密度を下流側ほど大きく設定する、
或いは、連通部の連通面積を下流側ほど大きく設定す
る、といった構成を採用することができる。
In order to set the degree of communication of the communication portion to be higher toward the downstream side in the gas flow direction as in the above configuration, for example, the formation density of the communication portion is set to be higher toward the downstream side.
Alternatively, a configuration in which the communication area of the communication portion is set to be larger toward the downstream side can be adopted.

【0016】また、請求項1に記載した発明は、請求項
2に記載されるように、前記ガス通路は上流側部分が平
行溝により形成されるとともに下流側部分が格子溝によ
り形成される、といった構成として具体化することもで
きる。
According to a first aspect of the present invention, as described in the second aspect, the gas passage has an upstream portion formed by a parallel groove and a downstream portion formed by a lattice groove. Such a configuration can also be embodied.

【0017】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
した固体高分子型燃料電池の集電板において、前記平行
溝は屈曲部分のない直線状に形成されるものであるとし
ている。
According to a third aspect of the present invention, in the current collector plate of the polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect, the parallel groove is formed in a straight line without a bent portion.

【0018】上記構成によれば、ガス通路の上流側部分
においては、例えば同ガス通路を格子溝により構成する
ようにした場合と比較して、電解質膜のガスと接触する
表面積が小さくなり、ガス通路を流れるガスによって電
解質膜から持ち去られる水分の総量が少なくなる。更
に、ガス通路の上流側部分をガスが通過する際の流動抵
抗も低下するようになる。従って、電解質膜においてガ
ス通路の上流側にそれぞれ位置する部分の水分量が過剰
に低下するのを抑制して良好な発電効率を維持すること
ができるとともに、ガスがガス通路を通過する際の圧力
損失を低減することができるようになる。
According to the above configuration, in the upstream portion of the gas passage, for example, the surface area of the electrolyte membrane in contact with the gas becomes smaller as compared with the case where the gas passage is constituted by lattice grooves, and The total amount of water carried away from the electrolyte membrane by the gas flowing through the passage is reduced. Further, the flow resistance when the gas passes through the upstream portion of the gas passage is reduced. Therefore, it is possible to maintain a good power generation efficiency by suppressing an excessive decrease in the amount of water in a portion of the electrolyte membrane that is located on the upstream side of the gas passage, and to reduce a pressure at which the gas passes through the gas passage. Loss can be reduced.

【0019】請求項4に記載の発明では、請求項1乃至
3のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の集電板に
おいて、前記ガス通路はガス流れ方向における長さL1
がガス流れ方向と直交する方向における長さL2よりも
長く設定されるものであるとしている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the current collector of the polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to third aspects, the gas passage has a length L1 in a gas flow direction.
Is set to be longer than the length L2 in the direction orthogonal to the gas flow direction.

【0020】上記構成によれば、ガス通路のガス流れ方
向における長さL1をそのガス流れ方向と直交する方向
における長さL2よりも長く設定することにより、ガス
通路におけるガスの流速を高めることができ、電解質膜
に接触するガスの組成を均一化させて良好な発電効率を
確保することができるようになる。
According to the above configuration, by setting the length L1 in the gas flow direction of the gas passage to be longer than the length L2 in the direction perpendicular to the gas flow direction, the flow velocity of the gas in the gas passage can be increased. As a result, the composition of the gas in contact with the electrolyte membrane can be made uniform, and good power generation efficiency can be secured.

【0021】また、請求項5に記載の発明によるよう
に、請求項4に記載の固体高分子型燃料電池の集電板に
おいて、前記ガス流れ方向における長さL1とガス流れ
方向と直交する方向における長さL2とがL1/L2>
2なる関係を有して設定されるものである、といった構
成を採用することにより、上記請求項4に記載した発明
による作用効果を一層顕著なものとすることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the current collector plate of the polymer electrolyte fuel cell according to the fourth aspect, the length L1 in the gas flow direction and a direction orthogonal to the gas flow direction. Is L1 / L2>
By adopting a configuration in which the relationship is set to have two relationships, the operation and effect of the invention described in claim 4 can be made more remarkable.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図1〜図6を参照して説明する。図1は、本実施形態
にかかる集電板10が用いられる固体高分子型燃料電池
30の斜視構造を示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a perspective structure of a polymer electrolyte fuel cell 30 using a current collector 10 according to the present embodiment.

【0023】図1に示すように、燃料電池30は、交互
に積層された基板20及び集電板10と、これら基板2
0及び集電板10からなる積層体を両側から挟む一対の
側板40とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell 30 includes a substrate 20 and a current collector 10 which are alternately stacked, and
And a pair of side plates 40 sandwiching a laminated body composed of the current collector 10 and the current collector 10 from both sides.

【0024】また、図2は、図1の2−2線に沿った上
記積層体の断面構造、即ち後述する各ガス通路50,6
0のガス流れ方向に平行で且つ基板20及び集電板10
の積層方向に延びる平面に沿った断面構造を示してい
る。
FIG. 2 is a sectional view of the laminate taken along the line 2-2 in FIG. 1, that is, the gas passages 50 and 6 described later.
Substrate 20 and current collector 10
2 shows a cross-sectional structure along a plane extending in the laminating direction of FIG.

【0025】同図2に示すように、基板20は、電解質
膜22と、この電解質膜22を両側から挟む反応電極
(陰極23及び陽極24)と備えて構成されている。電
解質膜22は、適度な湿潤状態においてイオン導電性を
示す、例えばフッ素系樹脂等の高分子材料により形成さ
れている。また、反応電極23,24は、白金等の触媒
を含むカーボン繊維により形成されている。
As shown in FIG. 2, the substrate 20 includes an electrolyte membrane 22 and reaction electrodes (a cathode 23 and an anode 24) sandwiching the electrolyte membrane 22 from both sides. The electrolyte membrane 22 is formed of a polymer material such as a fluorine-based resin, which exhibits ionic conductivity in an appropriate wet state. The reaction electrodes 23 and 24 are formed of carbon fibers containing a catalyst such as platinum.

【0026】一方、集電板10は、カーボン等の導電材
料により矩形板状に形成されている。この集電板10
は、各反応電極23,24を電気的に接続する機能の
他、各反応電極23,24の表面との間に燃料ガスや酸
化剤ガスを供給するためのガス通路50,60を形成す
る機能を併せ有している。
On the other hand, the current collector plate 10 is formed in a rectangular plate shape from a conductive material such as carbon. This current collector 10
Has a function of electrically connecting the reaction electrodes 23 and 24 and a function of forming gas passages 50 and 60 for supplying a fuel gas and an oxidizing gas between the reaction electrodes 23 and 24 and the surface thereof. It has both.

【0027】図3は、この集電板10において上記反応
電極23,24のうち陰極23と対向する一方の積層面
を示している。同図に示すように、この積層面には、水
素ガス等の燃料ガスを流すための燃料ガス通路50が形
成されている。また図5は、集電板10において上記反
応電極23,24のうち陽極24と対向する他方の積層
面を示している。同図に示すように、集電板10におい
て陽極24と対向する積層面には、空気等の酸化剤ガス
を流すための酸化剤ガス通路60が形成されている。
FIG. 3 shows one of the reaction electrodes 23 and 24 of the current collector plate 10 facing the cathode 23. As shown in the figure, a fuel gas passage 50 for flowing a fuel gas such as hydrogen gas is formed in the lamination surface. FIG. 5 shows the other laminated surface of the reaction electrodes 23 and 24 facing the anode 24 in the current collector plate 10. As shown in the figure, an oxidizing gas passage 60 for flowing an oxidizing gas such as air is formed on the lamination surface of the current collector plate 10 facing the anode 24.

【0028】また、これら各図に示すように、集電板1
0の一端部(図3において右端部、図5において左端
部)には、燃料ガス通路50に燃料ガスを供給するため
の第1の給気孔501及び第2の給気孔503が形成さ
れるとともに、これら各給気孔501,503とそれぞ
れ隣接する位置には、酸化剤ガス通路60から酸化剤ガ
スを排出するための第1の排気孔602及び第2の排気
孔604が形成されている。
As shown in each of these figures, the current collector 1
A first air supply hole 501 and a second air supply hole 503 for supplying the fuel gas to the fuel gas passage 50 are formed at one end (the right end in FIG. 3 and the left end in FIG. 5). A first exhaust hole 602 and a second exhaust hole 604 for discharging the oxidizing gas from the oxidizing gas passage 60 are formed at positions adjacent to the air supply holes 501 and 503, respectively.

【0029】一方、集電板10の他端部(図3において
左端部、図5において右端部)には、燃料ガス通路50
から燃料ガスを排出するための第1の排気孔502及び
第2の排気孔504が形成されるとともに、これら各排
気孔502,504とそれぞれ隣接する位置には、酸化
剤ガス通路60に酸化剤ガスを供給するための第1の給
気孔601及び第2の給気孔603が形成されている。
On the other hand, a fuel gas passage 50 is provided at the other end (the left end in FIG. 3 and the right end in FIG. 5) of the current collector plate 10.
A first exhaust hole 502 and a second exhaust hole 504 for discharging fuel gas from the fuel cell are formed, and an oxidant gas passage 60 is provided at a position adjacent to each of the exhaust holes 502 and 504. A first gas supply hole 601 and a second gas supply hole 603 for supplying gas are formed.

【0030】このように、燃料ガス通路50の各給気孔
501,503と酸化剤ガス通路60の各給気孔60
1,603、並びに燃料ガス通路50の各排気孔50
2,504と酸化剤ガス通路60の各排気孔602,6
04とが、それぞれ集電板10の反対側の端部に形成さ
れているため、図2に矢印でそれぞれ示すように、各ガ
ス通路50,60において燃料ガス及び酸化剤ガスは実
質的に互いに対向して逆向きに流れるようになる。
As described above, each of the air supply holes 501 and 503 of the fuel gas passage 50 and each of the air supply holes 60
1, 603, and each exhaust hole 50 of the fuel gas passage 50
2, 504 and the respective exhaust holes 602, 6 of the oxidizing gas passage 60.
2 are formed at the opposite ends of the current collector plate 10, respectively, so that the fuel gas and the oxidizing gas are substantially mutually separated in the gas passages 50 and 60 as shown by arrows in FIG. They flow in opposite directions.

【0031】そして、このように各ガス通路50,60
におけるガスの流れ方向を逆向きに設定することによ
り、燃料ガス及び酸化剤ガスから電解質膜22にそれぞ
れ供給される水分量の総和が各ガス通路50,60のガ
ス流れ方向において略一定となり、電解質膜22の水分
量が適量に維持されるようになる。
And, as described above, each of the gas passages 50, 60
Is set in the opposite direction, the sum of the amounts of water supplied from the fuel gas and the oxidizing gas to the electrolyte membrane 22 becomes substantially constant in the gas flow directions of the gas passages 50 and 60, respectively. The water content of the film 22 is maintained at an appropriate amount.

【0032】また、集電板10において、酸化剤ガス通
路60用の第1の排気孔602と燃料ガス通路50用の
第2の給気孔503との間には、同集電板10の内部に
形成された冷却水通路(図示略)に冷却水を供給するた
めの給水孔701が形成されている。更に、酸化剤ガス
通路60用の第2の給気孔603と燃料ガス通路50用
の第1の排気孔502との間には、上記冷却水通路から
冷却水を排出するための排水孔702が形成されてい
る。
In the current collecting plate 10, the inside of the current collecting plate 10 is provided between a first exhaust hole 602 for the oxidizing gas passage 60 and a second air supply hole 503 for the fuel gas passage 50. Is formed with a water supply hole 701 for supplying cooling water to a cooling water passage (not shown) formed at the bottom. Further, a drain hole 702 for discharging cooling water from the cooling water passage is provided between the second air supply hole 603 for the oxidizing gas passage 60 and the first exhaust hole 502 for the fuel gas passage 50. Is formed.

【0033】一方、基板20には、集電板10と積層さ
れた状態において同集電板10の各孔501〜504,
601〜604、701,702と対応する位置に孔
(図示略)がそれぞれ形成されている。集電板10及び
基板20が積層された状態において、集電板10のそれ
ぞれ対応する位置に形成された孔501〜504,60
1〜604、701,702同士は、この基板20に形
成された孔を通じて連通されるようになる。
On the other hand, when the substrate 20 is laminated with the current collector 10, the holes 501 to 504,
Holes (not shown) are formed at positions corresponding to 601 to 604, 701, and 702, respectively. In a state where the current collector plate 10 and the substrate 20 are stacked, holes 501 to 504, 60 formed at respective positions of the current collector plate 10 are provided.
1 to 604, 701, and 702 communicate with each other through holes formed in the substrate 20.

【0034】図3に示すように、集電板10において陰
極23と対向する積層面には、燃料ガス通路50用の第
1の給気孔501及び第1の排気孔502を繋ぐように
して凹部505が形成されている。また、同じく集電板
10において陰極23と対向する積層面には、燃料ガス
通路50用の第2の給気孔503及び第2の排気孔50
4を繋ぐようにして別の凹部506が上記凹部505と
並んで形成されている。
As shown in FIG. 3, the stacking surface of the current collector plate 10 facing the cathode 23 is recessed so as to connect the first gas supply hole 501 and the first gas discharge hole 502 for the fuel gas passage 50. 505 are formed. Similarly, a second air supply hole 503 and a second exhaust hole 50 for the fuel gas passage 50 are provided on the stacking surface of the current collector plate 10 facing the cathode 23.
4, another recess 506 is formed alongside the recess 505.

【0035】これら各凹部505,506内において、
各給気孔501,503寄りの位置、即ち、燃料ガス通
路50の実質的なガス流れ方向(図3において左右方
向)における上流側には、そのガス流れ方向に沿って延
びる断面長方形状の第1の凸部507が一定の間隔を隔
てて複数形成されている。
In each of these concave portions 505 and 506,
A first section having a rectangular cross section extending along the gas flow direction is provided at a position near each of the air supply holes 501 and 503, that is, on the upstream side in the substantial gas flow direction (left-right direction in FIG. 3) of the fuel gas passage 50. Are formed at predetermined intervals.

【0036】一方、各凹部505,506内において、
各排気孔502,504寄りの位置、即ち、ガス流れ方
向における下流側には、断面正方形状をなす第2の凸部
508が各第1の凸部507と同一直線上に位置し、且
つ、ガス流れ方向及び同方向と直交する方向においてそ
れぞれ一定の間隔を隔てて複数形成されている。
On the other hand, in each of the concave portions 505 and 506,
A second convex portion 508 having a square cross section is located on the same straight line as the first convex portion 507 at a position near each of the exhaust holes 502 and 504, that is, on the downstream side in the gas flow direction. A plurality are formed at regular intervals in the gas flow direction and in a direction perpendicular to the gas flow direction.

【0037】これら第1の凸部507及び第2の凸部5
08はいずれも、図2に示すように、集電板10と基板
20とが積層された状態において同基板20の陰極23
に接触している。
The first projection 507 and the second projection 5
08 denotes a cathode 23 of the substrate 20 in a state where the current collector plate 10 and the substrate 20 are stacked as shown in FIG.
Is in contact with

【0038】そして、各凹部505,506には、第1
の凸部507及び第2の凸部508によって燃料ガスを
流すための流通溝800が形成され、これら各流通溝8
00によって燃料ガス通路50が構成されている。この
燃料ガス通路50は、ガス流れ方向における長さL1
(図3参照)がそのガス流れ方向と直交する方向におけ
る長さL2(図3参照)よりも長く設定されている。詳
しくは、これら各長さL1,L2は、L1/L2>2な
る関係が成立するように、それぞれ設定されている。
Each of the recesses 505 and 506 has a first
The flow grooves 800 for flowing the fuel gas are formed by the convex portions 507 and the second convex portions 508 of
00 defines a fuel gas passage 50. The fuel gas passage 50 has a length L1 in the gas flow direction.
(See FIG. 3) is set to be longer than the length L2 (see FIG. 3) in the direction orthogonal to the gas flow direction. More specifically, the lengths L1 and L2 are set so that the relationship of L1 / L2> 2 holds.

【0039】図4に示すように、上記流通溝800は、
各第1の凸部507の間に形成される平行溝801と、
各第2の凸部508の間に形成される格子溝802とに
よって構成されている。この平行溝801は、屈曲部分
のない直線形状を有しており、ガス流れ方向において上
流側に位置している。これに対して、格子溝802は、
ガス流れ方向において下流側に位置している。
As shown in FIG. 4, the flow grooves 800 are
A parallel groove 801 formed between each first convex portion 507;
It is constituted by lattice grooves 802 formed between the second convex portions 508. The parallel groove 801 has a straight shape without a bent portion, and is located on the upstream side in the gas flow direction. On the other hand, the lattice groove 802 is
It is located downstream in the gas flow direction.

【0040】また、各凹部505,506内には、格子
溝802においてガス流れ方向に延びる部分と平行溝8
01とによって直線状の流路(以下、「主流路」とい
う)51が複数形成されている。そして、これら隣り合
う主流路51は、格子溝802においてガス流れ方向と
直交する方向に延びる部分により形成される流路(以
下、「連通路」という)52によって互いに連通されて
いる。格子溝802は各凹部505,506内において
ガス流れ方向の下流側にのみ形成されているため、連通
路52はその形成密度が上流側に対して下流側のほうが
大きく設定されている。即ち、この連通路52による主
流路51の連通度合いは下流側ほど相対的に大きく設定
されている。
In each of the concave portions 505 and 506, a portion extending in the gas flow direction in the lattice groove 802 and the parallel groove 8 are formed.
01, a plurality of linear flow paths (hereinafter, referred to as “main flow paths”) 51 are formed. The adjacent main flow paths 51 are connected to each other by flow paths (hereinafter, referred to as “communication paths”) 52 formed by portions of the lattice grooves 802 extending in a direction orthogonal to the gas flow direction. Since the lattice grooves 802 are formed only on the downstream side in the gas flow direction in each of the concave portions 505 and 506, the formation density of the communication path 52 is set to be higher on the downstream side than on the upstream side. That is, the degree of communication of the main flow path 51 by the communication path 52 is set to be relatively large toward the downstream side.

【0041】図5に示すように、集電板10において陽
極24と対向する積層面には、酸化剤ガス通路60に対
応する第1の給気孔601及び第1の排気孔602を繋
ぐようにして凹部605が形成されている。また、同じ
く集電板10において陽極24と対向する積層面には、
酸化剤ガス通路60に対応する第2の給気孔603及び
第2の排気孔604を繋ぐようにして別の凹部606が
上記凹部606と並んで形成されている。
As shown in FIG. 5, a first supply hole 601 and a first exhaust hole 602 corresponding to the oxidizing gas passage 60 are connected to the stacking surface of the current collector plate 10 facing the anode 24. Thus, a recess 605 is formed. Similarly, on the laminated surface of the current collector plate 10 facing the anode 24,
Another concave portion 606 is formed alongside the concave portion 606 so as to connect the second air supply hole 603 and the second exhaust hole 604 corresponding to the oxidizing gas passage 60.

【0042】これら各凹部605,606内において、
各給気孔601,603寄りの位置、即ち、酸化剤ガス
通路60の実質的なガス流れ方向(図5において左右方
向)における上流側には、そのガス流れ方向に沿って延
びる断面長方形状の第1の凸部607が一定の間隔を隔
てて複数形成されている。
In each of these recesses 605 and 606,
At positions near the air supply holes 601 and 603, that is, upstream of the oxidizing gas passage 60 in the substantial gas flow direction (the left-right direction in FIG. 5), a rectangular cross-section extending along the gas flow direction is provided. A plurality of one convex portions 607 are formed at regular intervals.

【0043】一方、各凹部605,606内において、
各排気孔602,604寄りの位置、即ち、ガス流れ方
向における下流側には、断面正方形状をなす第2の凸部
608が上記各第1の凸部607と同一直線上に位置
し、且つ、ガス流れ方向及び同方向と直交する方向にお
いてそれぞれ一定の間隔を隔てて複数形成されている。
On the other hand, in each of the concave portions 605 and 606,
A second convex portion 608 having a square cross section is located on the same straight line as the first convex portion 607 at a position near each exhaust hole 602, 604, that is, on the downstream side in the gas flow direction, and Are formed at predetermined intervals in the gas flow direction and the direction orthogonal to the same direction.

【0044】これら第1の凸部607及び第2の凸部6
08はいずれも、図2に示すように、集電板10と基板
20とが積層された状態において同基板20の陽極24
に接触している。
The first projection 607 and the second projection 6
Each of the reference numerals 08 denotes the anode 24 of the substrate 20 in a state where the current collector plate 10 and the substrate 20 are stacked as shown in FIG.
Is in contact with

【0045】そして、各凹部605,606には、第1
の凸部607及び第2の凸部608によって酸化剤ガス
を流すための流通溝900が形成されている。この流通
溝900は、ガスの流れと直交する方向に延びる集電板
10の中心軸C(図5参照)回りに上記燃料ガス通路5
0を構成する流通溝800と対称的な同一の形状を有し
ている。
Each of the recesses 605 and 606 has a first
A flow groove 900 for flowing the oxidizing gas is formed by the convex portion 607 and the second convex portion 608 of the first embodiment. The flow groove 900 is formed around the central axis C (see FIG. 5) of the current collector plate 10 extending in a direction orthogonal to the gas flow.
0 has the same shape symmetrical to the flow groove 800.

【0046】また、各流通溝900によって酸化剤ガス
通路60が構成されている。この酸化剤ガス通路60
は、上記燃料ガス通路50と同様に、ガス流れ方向にお
ける長さL1(図5参照)がそのガス流れ方向と直交す
る方向における長さL2(図5参照)の2倍(L2×
2)よりも長く設定されている。詳しくは、これら各長
さL1,L2は、L1/L2>2なる関係が成立するよ
うに、それぞれ設定されている。このように集電板10
の各ガス通路50,60の長さL1,L2を上記関係を
有して設定することにより、燃料電池30の形状を扁平
形状にすることができ、同燃料電池30を例えば車両の
床下等、狭い空間に搭載することも可能になる。
The oxidizing gas passage 60 is formed by each of the flow grooves 900. This oxidant gas passage 60
The length L1 (see FIG. 5) in the gas flow direction is twice (L2 × L2) the length L2 (see FIG. 5) in the direction orthogonal to the gas flow direction, similarly to the fuel gas passage 50.
It is set longer than 2). More specifically, the lengths L1 and L2 are set so that the relationship of L1 / L2> 2 holds. Thus, the current collector 10
By setting the lengths L1 and L2 of the gas passages 50 and 60 with the above relationship, the shape of the fuel cell 30 can be made flat, and the fuel cell 30 can be placed under the floor of a vehicle, for example. It can be mounted in a small space.

【0047】図6に示すように、上記流通溝900は、
各第1の凸部607の間に形成される平行溝901と、
各第2の凸部608の間に形成される格子溝902とに
よって構成されている。この平行溝901は、屈曲部分
のない直線形状を有しており、ガス流れ方向において上
流側に位置している。これに対して、格子溝902は、
ガス流れ方向において下流側に位置している。
As shown in FIG. 6, the flow grooves 900 are
A parallel groove 901 formed between each first convex portion 607,
It is constituted by a lattice groove 902 formed between each second convex portion 608. The parallel groove 901 has a straight shape without a bent portion, and is located on the upstream side in the gas flow direction. On the other hand, the lattice groove 902 is
It is located downstream in the gas flow direction.

【0048】また、各凹部605,606内には、格子
溝902においてガス流れ方向に延びる部分と平行溝9
01とによって直線状の流路(以下、「主流路」とい
う)61が複数形成されている。そして、これら隣り合
う主流路61は、格子溝902においてガス流れ方向と
直交する方向に延びる部分により形成される流路(以
下、「連通路」という)62によって互いに連通されて
いる。格子溝902は各凹部605,606内において
ガス流れ方向の下流側にのみ形成されているため、連通
路62はその形成密度が上流側に対して下流側のほうが
大きく設定されている。即ち、この連通路62による主
流路61の連通度合いは下流側ほど相対的に大きく設定
されている。
In each of the concave portions 605 and 606, a portion extending in the gas flow direction in the lattice groove 902 and the parallel groove 9 are provided.
A plurality of linear flow paths (hereinafter, referred to as “main flow paths”) 61 are formed by 01 and 01. These adjacent main flow paths 61 are connected to each other by flow paths (hereinafter, referred to as “communication paths”) 62 formed by portions of the lattice grooves 902 extending in a direction orthogonal to the gas flow direction. Since the lattice grooves 902 are formed only in the recesses 605 and 606 on the downstream side in the gas flow direction, the formation density of the communication path 62 is set to be higher on the downstream side than on the upstream side. That is, the degree of communication of the main flow path 61 by the communication path 62 is set to be relatively large toward the downstream side.

【0049】次に、上記のようにして構成された集電板
10において、各ガス通路50,60内における燃料ガ
ス及び酸化剤ガスの流れについて説明する。燃料ガス
は、燃料ガス通路50用の各給気孔501,503を通
じて各凹部505,506内に導入された後、各平行溝
801を通過して下流側に流れるようになる。また、酸
化剤ガスについても同様に、酸化剤ガス通路60用の各
給気孔601,603を通じて各凹部605,606内
に導入された後、各平行溝901を通過して下流側に流
れるようになる。
Next, the flow of the fuel gas and the oxidizing gas in the gas passages 50 and 60 in the current collector plate 10 configured as described above will be described. After the fuel gas is introduced into each of the concave portions 505 and 506 through each of the air supply holes 501 and 503 for the fuel gas passage 50, it flows through each parallel groove 801 and flows downstream. Similarly, the oxidizing gas is introduced into each of the recesses 605 and 606 through each of the supply holes 601 and 603 for the oxidizing gas passage 60, and then flows through each parallel groove 901 to the downstream side. Become.

【0050】このようにして、各平行溝801をその下
流側に移動した燃料ガスは、更に格子溝802を通過し
た後、各排気孔502,504を通じて排出される。酸
化剤ガスについても同様に、各平行溝801から格子溝
902を通過した後、各排気孔602,604を通じて
排出される。
In this way, the fuel gas which has moved to the downstream side of each parallel groove 801 is further discharged through the exhaust holes 502 and 504 after further passing through the lattice groove 802. Similarly, the oxidizing gas passes through the lattice grooves 902 from the parallel grooves 801 and is discharged through the exhaust holes 602 and 604.

【0051】従って、図4に矢印Aで示すように、燃料
ガス通路50の主流路51には、各給気孔501,50
3から各排気孔502,504に向かう燃料ガスの実質
的な流れが形成されるようになり、また図6に矢印Aで
示すように、酸化剤ガス通路60の主流路61には、各
給気孔601,603から各排気孔602,604に向
かう酸化剤ガスの実質的な流れが形成されるようにな
る。
Therefore, as shown by an arrow A in FIG.
A substantial flow of the fuel gas from the fuel gas 3 to the exhaust holes 502 and 504 is formed, and as shown by an arrow A in FIG. A substantial flow of the oxidizing gas from the pores 601 and 603 to the exhaust holes 602 and 604 is formed.

【0052】また、こうした各主流路51,61におけ
る実質的なガスの流れに加えて、各ガス通路50,60
には隣り合う主流路51,61を連通する連通路52,
62が形成されているため、図4及び図6に矢印Bで示
すように、ガスの一部はこの連通路52,62を通じて
ガスの実質的な流れ方向と直交する方向に拡散するよう
になる。
In addition to the substantial gas flow in each of the main flow paths 51 and 61, each of the gas passages 50 and 60
Has a communication passage 52 that connects the adjacent main flow passages 51 and 61,
Since the 62 is formed, a part of the gas diffuses in the direction orthogonal to the substantial flow direction of the gas through the communication passages 52 and 62 as shown by the arrow B in FIGS. 4 and 6. .

【0053】この連通路52,62は、その連通度合い
が下流側ほど相対的に大きく設定されていため、各ガス
通路50,60の下流側部分では、この連通路52,6
2においてガスの拡散がより促進されるようになり、同
ガスに含まれる水分の液化が抑制されることとなる。一
方、各ガス通路50,60の上流側部分においては、連
通路52,62の連通度合いが相対的に小さく設定され
ているため、過剰な拡散が抑制されるようになる。従っ
て、ガス流速の低下が抑えられ、各反応電極に接触する
ガスの組成の均一化が図られるようになる。
The degree of communication of the communication passages 52 and 62 is set to be relatively large toward the downstream side, so that the communication passages 52 and 62 are located downstream of the gas passages 50 and 60.
In 2, gas diffusion is further promoted, and liquefaction of water contained in the gas is suppressed. On the other hand, in the upstream portions of the gas passages 50 and 60, the degree of communication between the communication passages 52 and 62 is set relatively small, so that excessive diffusion is suppressed. Therefore, a decrease in the gas flow rate is suppressed, and the composition of the gas in contact with each reaction electrode can be made uniform.

【0054】その結果、各ガス通路50,60の下流側
部分に液化した水分による閉塞が発生するのが抑制さ
れ、良好な発電効率が維持されるようになる。更に、各
ガス通路50,60の上流側部分は、屈曲部分のない直
線状の平行溝801,901によって形成されているた
め、例えば格子溝等と比較して、電解質膜22のガスと
接触する表面積が小さくなり、各ガス通路50,60を
流れるガスによって電解質膜22から持ち去られる水分
の総量が少なくなる。更に、各ガス通路50,60の上
流側部分をガスが通過する際の流動抵抗も低下するよう
になる。
As a result, the occurrence of blockage due to liquefied moisture in the downstream portions of the gas passages 50 and 60 is suppressed, and good power generation efficiency is maintained. Further, since the upstream side portions of the gas passages 50 and 60 are formed by straight parallel grooves 801 and 901 having no bent portions, they are in contact with the gas of the electrolyte membrane 22 as compared with, for example, lattice grooves. The surface area is reduced, and the total amount of water carried away from the electrolyte membrane 22 by the gas flowing through each gas passage 50, 60 is reduced. Further, the flow resistance when the gas passes through the upstream portion of each of the gas passages 50 and 60 is also reduced.

【0055】その結果、電解質膜22において各ガス通
路50,60の上流側に位置する部分の水分量が過剰に
低下することが抑えられて良好な発電効率が維持される
とともに、ガスが各ガス通路50,60を通過する際の
圧力損失の低減が図られるようになる。
As a result, the water content of the portion of the electrolyte membrane 22 located on the upstream side of each of the gas passages 50 and 60 is suppressed from being excessively reduced, and good power generation efficiency is maintained. The pressure loss when passing through the passages 50 and 60 can be reduced.

【0056】また、各ガス通路50,60は、ガス流れ
方向における長さL1がガス流れ方向と直交する方向に
おける長さL2よりも長く設定されているため、各ガス
通路50,60におけるガスの流速が高められ、各反応
電極23,24に接触するガスの組成が均一化して良好
な発電効率が確保されるようになる。
Further, since the length L1 in the gas flow direction is set to be longer than the length L2 in the direction perpendicular to the gas flow direction, the gas passages 50 and 60 have the same length. The flow rate is increased, the composition of the gas in contact with each of the reaction electrodes 23 and 24 is made uniform, and good power generation efficiency is secured.

【0057】特に、こうした発電効率の向上は、各ガス
通路50,60のガス流れ方向における長さL1と、そ
のガス流れ方向と直交する方向における長さL2とを、
L1/L2>2なる関係を有して設定することで一層顕
著になることが発明者による実験によって確認されてい
る。
In particular, such an improvement in power generation efficiency is achieved by increasing the length L1 of each of the gas passages 50 and 60 in the gas flow direction and the length L2 in the direction perpendicular to the gas flow direction.
It has been confirmed by experiments by the inventor that the setting of L1 / L2> 2 makes the relationship more remarkable.

【0058】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の作用効果が得られるようになる。 (1)各ガス通路50,60の隣り合う主流路51,6
1を連通する連通路52,62を形成するとともに、そ
の連通路52,62による主流路51,61の連通度合
いを下流側ほど相対的に大きく設定するようにしたこと
で、各ガス通路50,60の下流側部分に液化した水分
による閉塞が発生するのを抑えることができ、良好な発
電効率を維持することができるようになる。
As described above, according to the present embodiment, the following functions and effects can be obtained. (1) Main flow paths 51, 6 adjacent to each gas path 50, 60
1 are formed, and the degree of communication between the main flow paths 51 and 61 by the communication paths 52 and 62 is set to be relatively large toward the downstream side. Occurrence of blockage due to liquefied water at the downstream side of the portion 60 can be suppressed, and good power generation efficiency can be maintained.

【0059】(2)各ガス通路50,60の上流側部分
を屈曲部分のない直線状の平行溝801,901によっ
て形成するようにしたことで、電解質膜22において各
ガス通路50,60の上流側に位置する部分の水分量が
過剰に低下するのを抑制して良好な発電効率を維持する
ことができるとともに、ガスが各ガス通路50,60を
通過する際の圧力損失を低減することができるようにな
る。
(2) Since the upstream portions of the gas passages 50 and 60 are formed by straight parallel grooves 801 and 901 having no bent portions, the upstream of the gas passages 50 and 60 in the electrolyte membrane 22 is formed. It is possible to maintain a good power generation efficiency by suppressing the water content of the portion located on the side from excessively decreasing, and to reduce a pressure loss when gas passes through each gas passage 50, 60. become able to.

【0060】(3)各ガス通路50,60のガス流れ方
向における長さL1を同ガス流れ方向と直交する方向に
おける長さL2よりも長く設定するようにしたことで、
各反応電極23,24に接触するガスの組成を均一化さ
せて良好な発電効率を確保することができるようにな
る。
(3) By setting the length L1 of each gas passage 50, 60 in the gas flow direction to be longer than the length L2 in the direction perpendicular to the gas flow direction,
The composition of the gas in contact with each of the reaction electrodes 23 and 24 can be made uniform to ensure good power generation efficiency.

【0061】(4)特に、各ガス通路50,60の各長
さL1,L2を、L1/L2>2なる関係を有して設定
するようにしたことで、上記(3)の作用効果を一層顕
著なものとすることができる。
(4) In particular, since the lengths L1 and L2 of the gas passages 50 and 60 are set to have a relationship of L1 / L2> 2, the operation and effect of the above (3) can be achieved. It can be even more prominent.

【0062】(5)加えて、燃料ガス通路50を構成す
る流通溝800と酸化剤ガス通路60を構成する流通溝
900とを、ガス流れ方向と直交する方向に延びる集電
板10の中心軸C回りにおいて対称的な同一形状とした
ため、集電板10と基板20とを積層する際に、同集電
板10において燃料ガス通路50の形成された面と酸化
剤ガス通路60の形成された面とを判別する作業が不要
になる。従って、集電板10及び基板20を積層する際
の作業性を向上させることができるようになる。
(5) In addition, the flow groove 800 forming the fuel gas passage 50 and the flow groove 900 forming the oxidizing gas passage 60 are connected to the central axis of the current collector plate 10 extending in a direction orthogonal to the gas flow direction. Since the current collector plate 10 and the substrate 20 were stacked, the surface where the fuel gas passage 50 was formed and the oxidant gas passage 60 were formed in the current collector plate 10 because the current collector plate 10 and the substrate 20 were stacked. The work of discriminating between surfaces is not required. Therefore, workability when laminating the current collector plate 10 and the substrate 20 can be improved.

【0063】尚、以上説明した実施形態にかかる集電板
は以下のように構成を変更することもできる。 ・図7或いは図8に示すように、集電板10において陰
極23に対向する積層面の各凹部505,506内に、
ガス流れ方向における長さが下流側ほど短くなるように
設定された複数の凸部509を形成し、これら凸部50
9の間に形成される流通溝803によって燃料ガス通路
50を構成する。また、集電板10において陽極24に
対向する積層面の各凹部605,606内にも同様に、
ガス流れ方向における長さが下流側ほど短くなるように
設定された複数の凸部(図示略)を形成し、これら凸部
の間に形成される流通溝(図示略)によって酸化剤ガス
通路60を構成する。
The configuration of the current collector according to the above-described embodiment can be changed as follows. As shown in FIG. 7 or FIG. 8, in each of the concave portions 505 and 506 of the lamination surface facing the cathode 23 on the current collector plate 10,
A plurality of projections 509 whose length in the gas flow direction is set to be shorter toward the downstream side are formed.
9 form the fuel gas passage 50. Similarly, in each of the concave portions 605 and 606 of the laminated surface facing the anode 24 in the current collector plate 10,
A plurality of projections (not shown) are formed so that the length in the gas flow direction becomes shorter toward the downstream side, and the oxidizing gas passage 60 is formed by a flow groove (not shown) formed between these projections. Is configured.

【0064】こうした構成によっても、各ガス通路5
0,60の連通度合いを下流側ほど相対的に大きく設定
することができ、上記実施形態と同等の作用効果を得る
ことはできる。
With such a configuration, each gas passage 5
The communication degree of 0,60 can be set relatively large toward the downstream side, and the same operation and effect as the above embodiment can be obtained.

【0065】特に、図8に示すように、各ガス通路5
0,60(同図には燃料ガス通路50のみ示す)の連通
部分の位置をガス流れ方向においてずらすことでガスの
拡散を更に促進させることができ、同ガスに含まれる水
分の液化を抑制することができるようになる。
In particular, as shown in FIG.
By displacing the positions of the communicating portions 0, 60 (only the fuel gas passage 50 is shown in the figure) in the gas flow direction, the diffusion of the gas can be further promoted, and the liquefaction of the moisture contained in the gas is suppressed. Will be able to do it.

【0066】・上記実施形態では、第2の凸部508,
608をガス流れ方向において一定の間隔を隔てて配設
するようにしたが、この第2の凸部508,608が配
設される間隔をガス流れ方向の下流側ほど拡大して上記
連通路52,62の連通面積を下流側ほど大きくするこ
とにより、各ガス通路50,60の連通度合いを同ガス
流れ方向の下流側ほど大きく設定するようにしてもよ
い。
In the above embodiment, the second projection 508,
608 are arranged at regular intervals in the gas flow direction. However, the intervals at which the second protrusions 508 and 608 are arranged are increased toward the downstream side in the gas flow direction to increase the communication passage 52. , 62 may be set to be larger toward the downstream side, so that the degree of communication between the gas passages 50 and 60 may be set to be larger toward the downstream side in the gas flow direction.

【0067】・上記実施形態では、各ガス通路50,6
0用の給気孔501,503,601,603と排気孔
502,504,602,604とを集電板10にそれ
ぞれ2個ずつ設け、各ガス通路50,60をそれぞれ2
つの独立した通路によって構成するようにしたが、各ガ
ス通路50,60をそれぞれ単一の通路によっ構成する
ようにしてもよい。
In the above embodiment, each gas passage 50, 6
In addition, two air supply holes 501, 503, 601, 603 and exhaust holes 502, 504, 602, 604 are provided in the current collector 10 respectively, and each of the gas passages 50, 60 is formed in two.
Although the gas passages 50 and 60 are constituted by a single passage, the gas passages 50 and 60 may be constituted by a single passage.

【0068】・上記実施形態では、第1の凸部507,
607を断面長方形状に、第2の凸部508,608を
断面正方形状としたが、これら凸部507,607,5
08,608はこうした断面形状を有するもの限られ
ず、例えば、第1の凸部507,607を断面楕円形状
に、第2の凸部508,608を断面真円形状とするよ
うにしてもよい。
In the above embodiment, the first projection 507,
607 has a rectangular cross-section and the second protrusions 508 and 608 have a square cross-section, but these protrusions 507, 607 and 5
08 and 608 are not limited to those having such a cross-sectional shape. For example, the first convex portions 507 and 607 may have an elliptical cross-sectional shape, and the second convex portions 508 and 608 may have a perfect circular cross-sectional shape.

【0069】・上記実施形態では、燃料ガス通路及び酸
化剤ガス通路の双方が形成される集電板の例を示した
が、同集電板はこれら各ガス通路のうち一方のみが形成
されるものであってもよい。
In the above embodiment, the example of the current collector plate in which both the fuel gas passage and the oxidizing gas passage are formed has been described, but the current collector plate has only one of these gas passages formed. It may be something.

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

【図1】燃料電池の積層構造を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a laminated structure of a fuel cell.

【図2】図1の2−2線に沿った部分断面図。FIG. 2 is a partial sectional view taken along line 2-2 of FIG.

【図3】陰極と対向する集電板の積層面に形成された燃
料ガス通路を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing a fuel gas passage formed on a laminated surface of a current collector facing a cathode.

【図4】燃料ガス通路を構成する流通溝を拡大して示す
拡大平面図。
FIG. 4 is an enlarged plan view illustrating a flow groove constituting a fuel gas passage in an enlarged manner.

【図5】陽極と対向する集電板の積層面に形成された酸
化剤ガス通路を示す平面図。
FIG. 5 is a plan view showing an oxidizing gas passage formed on a laminated surface of a current collector facing an anode.

【図6】酸化剤ガス通路を構成する流通溝を拡大して示
す拡大平面図。
FIG. 6 is an enlarged plan view showing a flow groove forming an oxidizing gas passage in an enlarged manner.

【図7】ガス通路の構成変形例を示す平面図。FIG. 7 is a plan view showing a configuration modification of a gas passage.

【図8】ガス通路の構成変形例を示す平面図。FIG. 8 is a plan view showing a modification of the configuration of the gas passage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…集電板、20…基板、22…電解質膜、23…陰
極、24…陽極、30…固体高分子型燃料電池、50…
燃料ガス通路、51…主流路、52…連通路、60…酸
化剤ガス通路、61…主流路、62…連通路、501…
第1の給気孔、502…第1の排気孔、503…第2の
給気孔、504…第2の排気孔、505,506…凹
部、507…第1の凸部、508…第2の凸部、509
…凸部、601…第1の給気孔、602…第1の排気
孔、603…第2の給気孔、604…第2の排気孔、6
05,606…凹部、607…第1の凸部、608…第
2の凸部、701…給水孔、702…排水孔、800…
流通溝、801…平行溝、802…格子溝、803…流
通溝、900…流通溝、901…平行溝、902…格子
溝。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Current collecting plate, 20 ... Substrate, 22 ... Electrolyte membrane, 23 ... Cathode, 24 ... Anode, 30 ... Solid polymer fuel cell, 50 ...
Fuel gas passage, 51 main passage, 52 communication passage, 60 oxidant gas passage, 61 main passage, 62 communication passage, 501 passage
1st air supply hole, 502 ... 1st exhaust hole, 503 ... 2nd air supply hole, 504 ... 2nd exhaust hole, 505, 506 ... concave part, 507 ... 1st convex part, 508 ... 2nd convexity Department, 509
.., Convex portion, 601 first air supply hole, 602 first air exhaust hole, 603 second air supply hole, 604 second air exhaust hole, 6
05, 606: concave portion, 607: first convex portion, 608: second convex portion, 701: water supply hole, 702: drain hole, 800 ...
Distribution grooves, 801: parallel grooves, 802: lattice grooves, 803: distribution grooves, 900: distribution grooves, 901: parallel grooves, 902: lattice grooves.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料ガス及び酸化剤ガスを対向する向きに
流すための燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が電解質膜
を挟んでその両側に設けられる固体高分子型燃料電池に
用いられ、前記各ガス通路の少なくとも一方が前記電解
質膜との積層面に形成される固体高分子型燃料電池の集
電板において、 前記ガス通路は複数の流路により構成され、それら隣り
合う流路を連通する連通部が複数形成されるとともに、
その連通部による連通度合いがガス流れ方向の下流側ほ
ど大きく設定されることを特徴とする固体高分子型燃料
電池の集電板。
A fuel gas passage and an oxidant gas passage for flowing a fuel gas and an oxidant gas in opposite directions are used in a polymer electrolyte fuel cell provided on both sides of an electrolyte membrane. In a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell in which at least one of the gas passages is formed on a layered surface with the electrolyte membrane, the gas passage is constituted by a plurality of flow passages, and the communication passages communicate the adjacent flow passages. While multiple parts are formed,
A current collector plate for a polymer electrolyte fuel cell, wherein the degree of communication by the communication portion is set to be greater toward the downstream side in the gas flow direction.
【請求項2】前記ガス通路は上流側部分が平行溝により
形成されるとともに下流側部分が格子溝により形成され
る請求項1に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
2. The current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein said gas passage has an upstream portion formed by parallel grooves and a downstream portion formed by lattice grooves.
【請求項3】前記平行溝は屈曲部分のない直線状に形成
される請求項2に記載の固体高分子型燃料電池の集電
板。
3. The current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the parallel groove is formed in a straight line without a bent portion.
【請求項4】前記ガス通路はガス流れ方向における長さ
L1がガス流れ方向と直交する方向における長さL2よ
りも長く設定される 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体高分子型燃料電
池の集電板。
4. The solid polymer fuel according to claim 1, wherein the gas passage has a length L1 in a gas flow direction longer than a length L2 in a direction orthogonal to the gas flow direction. Battery current collector.
【請求項5】前記ガス流れ方向における長さL1とガス
流れ方向と直交する方向における長さL2とがL1/L
2>2なる関係を有して設定される請求項4に記載の固
体高分子型燃料電池の集電板。
5. A length L1 in the gas flow direction and a length L2 in a direction perpendicular to the gas flow direction are L1 / L.
The current collector of the polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the current collector is set to have a relationship of 2> 2.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001250569A (en) * 2000-03-06 2001-09-14 Toyota Motor Corp Fuel cell and current collector plate
JP2004247289A (en) * 2003-01-20 2004-09-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell and its operation method
JP2005038826A (en) * 2003-07-14 2005-02-10 Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd Flow field structure of fuel cell plate
JP2005116205A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2005537611A (en) * 2002-07-19 2005-12-08 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト Internal gas controlled fuel cell
WO2006064661A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell separator
JP2006527906A (en) * 2003-06-18 2006-12-07 ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー Flow field plate geometry
JP2009080943A (en) * 2007-09-25 2009-04-16 Toyota Motor Corp Fuel cell separator and fuel cell
US8415068B2 (en) 2002-11-26 2013-04-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
CN110034309A (en) * 2018-01-10 2019-07-19 本田技研工业株式会社 Fuel cell and fuel cell pack
US20190305339A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001250569A (en) * 2000-03-06 2001-09-14 Toyota Motor Corp Fuel cell and current collector plate
JP2005537611A (en) * 2002-07-19 2005-12-08 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト Internal gas controlled fuel cell
US8039170B2 (en) 2002-07-19 2011-10-18 Daimler Ag Internally gas regulated fuel cell
US7972748B2 (en) 2002-07-19 2011-07-05 Daimler Ag Internally gas regulated fuel cell
US8415068B2 (en) 2002-11-26 2013-04-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
JP2004247289A (en) * 2003-01-20 2004-09-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell and its operation method
JP2006527906A (en) * 2003-06-18 2006-12-07 ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー Flow field plate geometry
JP2005038826A (en) * 2003-07-14 2005-02-10 Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd Flow field structure of fuel cell plate
US7754391B2 (en) 2003-10-03 2010-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cells with multidirectional fuel flow
JP2005116205A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
WO2006064661A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell separator
JP2009080943A (en) * 2007-09-25 2009-04-16 Toyota Motor Corp Fuel cell separator and fuel cell
CN110034309A (en) * 2018-01-10 2019-07-19 本田技研工业株式会社 Fuel cell and fuel cell pack
JP2019121562A (en) * 2018-01-10 2019-07-22 本田技研工業株式会社 Fuel cell and fuel cell stack
US11101470B2 (en) 2018-01-10 2021-08-24 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and fuel cell stack
US20190305339A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
US10923746B2 (en) * 2018-03-28 2021-02-16 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack

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