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JP2011175880A - Fuel cell - Google Patents

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JP2011175880A
JP2011175880A JP2010039599A JP2010039599A JP2011175880A JP 2011175880 A JP2011175880 A JP 2011175880A JP 2010039599 A JP2010039599 A JP 2010039599A JP 2010039599 A JP2010039599 A JP 2010039599A JP 2011175880 A JP2011175880 A JP 2011175880A
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JP
Japan
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communication hole
supply communication
separator
fuel gas
oxidant gas
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Withdrawn
Application number
JP2010039599A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Yoshitomi
亮一 吉冨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】セパレータの発電領域を効率的に設けることができるとともに、良好にコンパクト化を図ることを可能にする。
【解決手段】燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12と第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16とを備える。燃料電池10の長辺方向の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための複数の酸化剤ガス供給連通孔18aと、前記酸化剤ガス供給連通孔18aよりもセパレータ面方向内方に位置し、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための複数の燃料ガス供給連通孔20aが、矢印B方向に配列して設けられる。各燃料ガス供給連通孔20aは、各酸化剤ガス供給連通孔18aの下方に配置される。
【選択図】図1
A power generation region of a separator can be provided efficiently and can be made compact in size.
A fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure, a first metal separator, and a second metal separator. A plurality of oxidant gas supply communication holes 18a for supplying an oxidant gas and communicating with each other in the direction of arrow A are connected to the upper edge of the long side direction of the fuel cell 10 and the oxidant gas supply communication holes 18a. In addition, a plurality of fuel gas supply communication holes 20a that are located inward of the separator surface and communicate with each other in the direction of arrow A to supply fuel gas are arranged in the direction of arrow B. Each fuel gas supply communication hole 20a is disposed below each oxidant gas supply communication hole 18a.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体を、一対の矩形状セパレータで挟持する燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte is sandwiched between a pair of rectangular separators.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is usually used as an in-vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。   In the above fuel cell, a fuel gas flow channel for flowing fuel gas is provided in the plane of one separator so as to face the anode side electrode, and the cathode side electrode is opposed in the plane of the other separator. An oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas is provided. Further, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium is formed between the separators constituting each fuel cell and adjacent to each other.

さらに、セパレータには、燃料電池の積層方向に貫通して燃料ガスを流す燃料ガス連通孔、酸化剤ガスを流す酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体を流す冷却媒体連通孔が形成される、所謂、内部マニホールド型燃料電池用セパレータを構成する場合がある。   Further, the separator is formed with a fuel gas communication hole through which fuel gas passes through in the stacking direction of the fuel cell, an oxidant gas communication hole through which oxidant gas flows, and a cooling medium communication hole through which a cooling medium flows. An internal manifold type fuel cell separator may be configured.

その際、例えば、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガス流路の流れ方向とは、互いに平行な同一方向の平行流や、互いに逆方向の対向流に設定されている。この場合、供給側の燃料ガス連通孔から燃料ガス流路全域に燃料ガスを均一に供給する一方、供給側の酸化剤ガス連通孔から酸化剤ガス流路全域に酸化剤ガスを均一に供給することが必要である。   In this case, for example, the flow direction of the fuel gas flow path and the flow direction of the oxidant gas flow path are set to be parallel flows in the same direction parallel to each other or counterflows in opposite directions. In this case, the fuel gas is uniformly supplied from the fuel gas communication hole on the supply side to the entire area of the fuel gas flow path, while the oxidant gas is uniformly supplied to the entire area of the oxidant gas flow path from the oxidant gas communication hole on the supply side. It is necessary.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池は、図14に示すように、水素側のセパレータ1を備えている。このセパレータ1の発電領域には、プレス成形により凹凸状の水素ガス流路2が形成されるとともに、前記水素ガス流路2の裏面側には、冷却水流路3が形成されている。   Therefore, for example, the fuel cell disclosed in Patent Document 1 includes a hydrogen-side separator 1 as shown in FIG. In the power generation region of the separator 1, an uneven hydrogen gas channel 2 is formed by press molding, and a cooling water channel 3 is formed on the back side of the hydrogen gas channel 2.

セパレータ1の一方の辺側には、水素マニホールド孔4、冷却水マニホールド孔5及び空気マニホールド孔6が積層方向に貫通して設けられている。水素マニホールド孔4と水素ガス流路2とは、水素ガス分配流路7を介して連通しており、前記水素ガス分配流路7は、略中央部に流体整流用リブ8を設けている。   On one side of the separator 1, a hydrogen manifold hole 4, a cooling water manifold hole 5, and an air manifold hole 6 are provided penetrating in the stacking direction. The hydrogen manifold hole 4 and the hydrogen gas flow path 2 communicate with each other via a hydrogen gas distribution flow path 7, and the hydrogen gas distribution flow path 7 is provided with a fluid rectifying rib 8 at a substantially central portion.

特開2006−32008号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-32008

しかしながら、上記のセパレータ1では、水素マニホールド孔4から水素ガス流路2の幅方向の全領域にわたって水素ガスを均一に供給するために、このセパレータ1の長手方向(矢印L方向)に延在する水素ガス分配流路7が設けられている。   However, in the separator 1 described above, in order to supply hydrogen gas uniformly from the hydrogen manifold hole 4 over the entire region in the width direction of the hydrogen gas flow path 2, the separator 1 extends in the longitudinal direction (arrow L direction). A hydrogen gas distribution channel 7 is provided.

このため、セパレータ1の発電領域は、前記セパレータ1の面内に効率的に設けることができない。これにより、発電能力を上げようとすると、セパレータ1が相当に長尺になり易く、燃料電池全体が大型化するという問題がある。   For this reason, the power generation region of the separator 1 cannot be efficiently provided in the plane of the separator 1. Thereby, when it is going to raise electric power generation capability, there exists a problem that the separator 1 becomes long quite easily and the whole fuel cell enlarges.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、セパレータの発電領域を効率的に設けることができるとともに、良好にコンパクト化を図ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell that can efficiently provide a power generation region of a separator and that can be favorably downsized.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体を、一対の矩形状セパレータで挟持するとともに、一方の前記セパレータの面には、燃料ガスが流通される燃料ガス流路が形成され、他方の前記セパレータの面には、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路が形成され、互いに隣接する前記セパレータ間には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関するものである。   In the present invention, an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes is provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between a pair of rectangular separators, and a fuel gas channel through which fuel gas is circulated on one of the surfaces of the separator Is formed on the surface of the other separator, and a cooling medium flow path for flowing a cooling medium is formed between the separators adjacent to each other. The present invention relates to a fuel cell.

この燃料電池は、セパレータの少なくとも1辺の近傍には、燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体の1つの流体である第1流体が積層方向に流通される第1流体連通孔と、前記第1流体連通孔よりもセパレータ面方向内方に位置し、前記第1流体とは異なる他の1つの流体である第2流体が積層方向に流通される複数の第2流体連通孔とが設けられている。   In the fuel cell, in the vicinity of at least one side of the separator, a first fluid communication hole through which a first fluid that is one fluid of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium flows in the stacking direction; There are provided a plurality of second fluid communication holes that are located inward of the separator surface with respect to the fluid communication holes and through which a second fluid, which is another fluid different from the first fluid, flows in the stacking direction. Yes.

また、第1流体が面方向に流通されるセパレータ面には、各第2流体連通孔毎に周回するシール部が設けられることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the separator surface which distribute | circulates a 1st fluid to a surface direction is provided with the seal | sticker part which goes around for every 2nd fluid communication hole.

さらに、第2流体連通孔は、燃料ガス連通孔であることが好ましい。   Furthermore, the second fluid communication hole is preferably a fuel gas communication hole.

本発明によれば、セパレータの1辺には、セパレータ面方向内方に向かって、第1流体連通孔と第2流体連通孔とが2列に配置されるとともに、前記第2流体連通孔は、複数設けられている。このため、第1流体連通孔から第1流体用流路に供給される第1流体は、複数の第2流体連通孔間を通って、すなわち、前記第2流体連通孔をバッファ部として利用し、前記第1流体用流路の幅方向に良好に分配される。一方、第2流体連通孔は、複数設けられているため、第2流体は、各第2流体連通孔から第2流体用流路の幅方向に良好に分配される。   According to the present invention, the first fluid communication holes and the second fluid communication holes are arranged in two rows on one side of the separator inward in the separator surface direction, and the second fluid communication holes are A plurality are provided. For this reason, the first fluid supplied from the first fluid communication hole to the first fluid flow path passes between the plurality of second fluid communication holes, that is, the second fluid communication hole is used as a buffer portion. , And is distributed well in the width direction of the first fluid flow path. On the other hand, since a plurality of second fluid communication holes are provided, the second fluid is well distributed from each second fluid communication hole in the width direction of the second fluid flow path.

これにより、専用のバッファ部が不要になり、発電領域を効率的に拡大させることができ、出力の向上が良好に図られる。しかも、第1及び第2流体の分配性が向上するため、発電性能の安定化が図られるとともに、燃料電池全体のコンパクト化が容易に遂行可能になる。   As a result, a dedicated buffer unit is not required, the power generation region can be efficiently expanded, and the output can be improved satisfactorily. In addition, since the distribution of the first and second fluids is improved, the power generation performance is stabilized, and the entire fuel cell can be easily made compact.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2金属セパレータの一方の正面説明図である。It is one front explanatory drawing of the 2nd metal separator which comprises the said fuel cell. 前記第2金属セパレータの他方の正面説明図である。It is the other front explanatory drawing of the said 2nd metal separator. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池を構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2金属セパレータの一方の正面説明図である。It is one front explanatory drawing of the 2nd metal separator which comprises the said fuel cell. 前記第2金属セパレータの他方の正面説明図である。It is the other front explanatory drawing of the said 2nd metal separator. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記燃料電池を構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2金属セパレータの一方の正面説明図である。It is one front explanatory drawing of the 2nd metal separator which comprises the said fuel cell. 前記第2金属セパレータの他方の正面説明図である。It is the other front explanatory drawing of the said 2nd metal separator. 特許文献1に開示されている燃料電池を構成するセパレータの説明図である。It is explanatory drawing of the separator which comprises the fuel cell currently disclosed by patent document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持する第1金属セパレータ(カソード側セパレータ)14及び第2金属セパレータ(アノード側セパレータ)16とを備える。燃料電池10は、通常、矢印A方向に複数積層されて燃料電池スタックを構成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane / electrode structure 12 and a first metal separator that sandwiches the electrolyte membrane / electrode structure 12 ( A cathode separator) 14 and a second metal separator (anode separator) 16. A plurality of fuel cells 10 are usually stacked in the direction of arrow A to form a fuel cell stack.

第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、平面が矩形状の縦長形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。   The first metal separator 14 and the second metal separator 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface has been subjected to anticorrosion treatment. The first metal separator 14 and the second metal separator 16 have a vertically long shape with a rectangular plane, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape.

図1に示すように、燃料電池10の長辺方向(矢印C方向)の上端縁部(上方側短辺)(1辺)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス(第1流体)、例えば、酸素含有ガスを供給するための複数の酸化剤ガス供給連通孔(第1流体連通孔)18aが、矢印B方向に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, the upper end edge (upper short side) (one side) of the fuel cell 10 in the long side direction (arrow C direction) communicates with each other in the arrow A direction, 1 fluid), for example, a plurality of oxidant gas supply communication holes (first fluid communication holes) 18a for supplying oxygen-containing gas are arranged in the arrow B direction.

燃料電池10の上端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔18aよりもセパレータ面方向内方(図1中、下方)に位置し、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス(第2流体)、例えば、水素含有ガスを供給するための複数の燃料ガス供給連通孔(第2流体連通孔)20aが、矢印B方向に配列して設けられる。   The fuel cell 10 is located at the upper edge of the fuel cell 10 inward of the separator surface with respect to the oxidant gas supply communication hole 18a (downward in FIG. 1), and communicates with each other in the direction of the arrow A. ), For example, a plurality of fuel gas supply communication holes (second fluid communication holes) 20a for supplying the hydrogen-containing gas are arranged in the arrow B direction.

燃料ガス供給連通孔20aは、酸化剤ガス供給連通孔18aの下方に配置されるとともに、各燃料ガス供給連通孔20aの開口面積は、各酸化剤ガス供給連通孔18aの開口面積よりも小さい。燃料ガス供給連通孔20aの個数Naと、酸化剤ガス供給連通孔18aの個数Ncとは、Na/Nc>1に設定されることが好ましい。   The fuel gas supply communication hole 20a is disposed below the oxidant gas supply communication hole 18a, and the opening area of each fuel gas supply communication hole 20a is smaller than the opening area of each oxidant gas supply communication hole 18a. The number Na of the fuel gas supply communication holes 20a and the number Nc of the oxidant gas supply communication holes 18a are preferably set to Na / Nc> 1.

燃料電池10の長辺方向の下端縁部(下方側短辺)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための複数の酸化剤ガス排出連通孔18bが、矢印B方向に配列して設けられる。燃料電池10の長辺方向の下端縁部には、酸化剤ガス排出連通孔18bよりもセパレータ面方向内方(図1中、上方)に位置し、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための複数の燃料ガス排出連通孔20bが、矢印B方向に配列して設けられる。   A plurality of oxidant gas discharge communication holes 18b for communicating with each other in the direction of the arrow A to discharge the oxidant gas are provided at the lower edge (lower side short side) in the long side direction of the fuel cell 10 as shown by the arrow B. Arranged in the direction. The lower end edge of the fuel cell 10 in the long side direction is located inward of the separator surface direction (upward in FIG. 1) from the oxidant gas discharge communication hole 18b and communicates with each other in the direction of arrow A to A plurality of fuel gas discharge communication holes 20b are provided in the direction of arrow B.

なお、酸化剤ガス排出連通孔18b及び燃料ガス排出連通孔20bは、上記の酸化剤ガス供給連通孔18a及び燃料ガス供給連通孔20aと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。また、酸化剤ガス供給連通孔18a及び酸化剤ガス排出連通孔18bは、それぞれ一つであってもよい。   The oxidant gas discharge communication hole 18b and the fuel gas discharge communication hole 20b are configured in the same manner as the oxidant gas supply communication hole 18a and the fuel gas supply communication hole 20a, and a detailed description thereof will be omitted. The oxidant gas supply communication hole 18a and the oxidant gas discharge communication hole 18b may each be one.

燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の両端縁部(長辺)上方には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための複数の冷却媒体供給連通孔22aが設けられる。燃料電池10の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための複数の冷却媒体排出連通孔22bが設けられる。   A plurality of cooling medium supply communication holes 22a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium are provided above both end edges (long sides) in the short side direction (arrow B direction) of the fuel cell 10. It is done. A plurality of cooling medium discharge communication holes 22 b for discharging the cooling medium are provided below both edge portions in the short side direction of the fuel cell 10.

電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜24と、前記固体高分子電解質膜24を挟持するカソード側電極26及びアノード側電極28とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 24 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 26 and an anode side electrode 28 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 24. With.

カソード側電極26及びアノード側電極28は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜24の両面に形成される。   The cathode side electrode 26 and the anode side electrode 28 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24.

図1及び図3に示すように、第1金属セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス排出連通孔18bとを連通する酸化剤ガス流路30が形成される。酸化剤ガス流路30は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部30a間に形成される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the surface 14a of the first metal separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12 is oxidized through an oxidant gas supply communication hole 18a and an oxidant gas discharge communication hole 18b. The agent gas flow path 30 is formed. The oxidant gas flow path 30 is formed between a plurality of wavy convex portions 30a extending in the direction of arrow C.

図4に示すように、第2金属セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス排出連通孔20bとを連通する燃料ガス流路32が形成される。燃料ガス流路32は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部32a間に形成される。   As shown in FIG. 4, on the surface 16a of the second metal separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, there is a fuel gas flow path 32 that connects the fuel gas supply communication hole 20a and the fuel gas discharge communication hole 20b. It is formed. The fuel gas flow path 32 is formed between a plurality of wavy convex portions 32a extending in the direction of arrow C.

第2金属セパレータ16の面16bと第1金属セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体供給連通孔22a、22aと冷却媒体排出連通孔22b、22bとに連通する冷却媒体流路34が形成される(図1及び図5参照)。この冷却媒体流路34は、電解質膜・電極構造体12の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。   Between the surface 16b of the second metal separator 16 and the surface 14b of the first metal separator 14, there is a cooling medium flow path 34 communicating with the cooling medium supply communication holes 22a and 22a and the cooling medium discharge communication holes 22b and 22b. Formed (see FIG. 1 and FIG. 5). The cooling medium flow path 34 circulates the cooling medium over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

第1金属セパレータ14の面14a、14bには、この第1金属セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材36が一体成形される。第2金属セパレータ16の面16a、16bには、この第2金属セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材38が一体成形される。第1シール部材36及び第2シール部材38としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。   A first seal member 36 is integrally formed on the surfaces 14 a and 14 b of the first metal separator 14 around the outer peripheral edge of the first metal separator 14. A second seal member 38 is integrally formed on the surfaces 16 a and 16 b of the second metal separator 16 around the outer peripheral edge of the second metal separator 16. As the first seal member 36 and the second seal member 38, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Or a packing material is used.

図3に示すように、第1金属セパレータ14の面14aには、第1シール部材36を切り欠いて、酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の入口連結通路40aが形成される。面14aには、第1シール部材36を切り欠いて、酸化剤ガス排出連通孔18bと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の出口連結通路40bが形成される。   As shown in FIG. 3, the surface 14a of the first metal separator 14 has a plurality of inlet connections in which the first seal member 36 is notched and the oxidant gas supply communication hole 18a and the oxidant gas flow path 30 communicate with each other. A passage 40a is formed. A plurality of outlet connection passages 40 b that communicate with the oxidant gas discharge communication hole 18 b and the oxidant gas flow path 30 are formed in the surface 14 a by cutting out the first seal member 36.

第1シール部材36は、面14aにおいて、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部36aと、各燃料ガス排出連通孔20b毎に周回するシール部36bとを備える。   The first seal member 36 includes, on the surface 14a, a seal portion 36a that circulates for each fuel gas supply communication hole 20a and a seal portion 36b that circulates for each fuel gas discharge communication hole 20b.

図4に示すように、第2金属セパレータ16の面16aには、第2シール部材38を切り欠いて、燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス流路32とを連通する複数の入口連結通路42aが形成される。面16aには、第2シール部材38を切り欠いて、燃料ガス排出連通孔20bと燃料ガス流路32とを連通する複数の出口連結通路42bが形成される。   As shown in FIG. 4, a plurality of inlet connection passages 42 a that cut the second seal member 38 in the surface 16 a of the second metal separator 16 and communicate the fuel gas supply communication hole 20 a and the fuel gas flow path 32. Is formed. A plurality of outlet connection passages 42 b that communicate the fuel gas discharge communication hole 20 b and the fuel gas flow path 32 are formed in the surface 16 a by cutting out the second seal member 38.

図5に示すように、第2金属セパレータ16の面16bには、第2シール部材38を切り欠いて、左右の各冷却媒体供給連通孔22a、22aと冷却媒体流路34とを連通する複数の入口連結通路44aが形成される。面16bには、第2シール部材38を切り欠いて、左右の各冷却媒体排出連通孔22b、22bと冷却媒体流路34とを連通する複数の出口連結通路44bが形成される。   As shown in FIG. 5, a second seal member 38 is notched on the surface 16 b of the second metal separator 16, and a plurality of left and right cooling medium supply communication holes 22 a, 22 a and the cooling medium flow path 34 communicate with each other. The inlet connection passage 44a is formed. The surface 16b is formed with a plurality of outlet connection passages 44b that cut out the second seal member 38 to communicate the left and right cooling medium discharge communication holes 22b, 22b with the cooling medium flow path 34.

このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、各酸化剤ガス供給連通孔18aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、各燃料ガス供給連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、各冷却媒体供給連通孔22aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to each oxidant gas supply communication hole 18a, and a fuel such as a hydrogen-containing gas is supplied to each fuel gas supply communication hole 20a. Gas is supplied. Furthermore, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to each cooling medium supply communication hole 22a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔18aから第1金属セパレータ14の酸化剤ガス流路30に導入される。酸化剤ガスは、図3に示すように、酸化剤ガス流路30に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極26に供給される。   For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 30 of the first metal separator 14 from the oxidant gas supply communication hole 18a. As shown in FIG. 3, the oxidant gas moves in the direction of arrow C (the direction of gravity) along the oxidant gas flow path 30 and is supplied to the cathode side electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔20aから第2金属セパレータ16の燃料ガス流路32に供給される。燃料ガスは、図4に示すように、燃料ガス流路32に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給される。   On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel gas flow path 32 of the second metal separator 16 from the fuel gas supply communication hole 20a. As shown in FIG. 4, the fuel gas moves in the gravity direction (arrow C direction) along the fuel gas flow path 32 and is supplied to the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、図1に示すように、電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極28に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, as shown in FIG. 1, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 28 are electrically connected in the electrode catalyst layer. It is consumed by chemical reaction to generate electricity.

次いで、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔18bに沿って矢印A方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode side electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 18b. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 20b.

また、各冷却媒体供給連通孔22aに供給された冷却媒体は、図1に示すように、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16間の冷却媒体流路34に導入される。冷却媒体は、図5に示すように、一旦矢印B方向(水平方向)内方に沿って流動した後、矢印C方向(重力方向)に移動して電解質膜・電極構造体12を冷却する。この冷却媒体は、矢印B方向外方に移動した後、各冷却媒体排出連通孔22bに排出される。   The cooling medium supplied to each cooling medium supply communication hole 22a is introduced into the cooling medium flow path 34 between the first metal separator 14 and the second metal separator 16, as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the cooling medium once flows in the direction of arrow B (horizontal direction) and then moves in the direction of arrow C (gravity direction) to cool the electrolyte membrane / electrode structure 12. This cooling medium moves outward in the direction of arrow B, and is then discharged to each cooling medium discharge communication hole 22b.

この場合、第1の実施形態では、第1金属セパレータ14の面14aには、図3に示すように、長辺方向の上端縁部に複数の酸化剤ガス供給連通孔18aが矢印B方向に配列されるとともに、前記酸化剤ガス供給連通孔18aの下方(セパレータ面方向内方)には、複数の燃料ガス供給連通孔20aが矢印B方向に配列されている。   In this case, in the first embodiment, the surface 14a of the first metal separator 14 has a plurality of oxidant gas supply communication holes 18a in the direction of the arrow B at the upper edge in the long side direction, as shown in FIG. A plurality of fuel gas supply communication holes 20a are arranged in the arrow B direction below the oxidant gas supply communication holes 18a (inward in the separator surface direction).

各燃料ガス供給連通孔20aは、各酸化剤ガス供給連通孔18aに比べて相当に小さな開口面積を有している。さらに、燃料ガス供給連通孔20aの個数Naは、酸化剤ガス供給連通孔18aの個数Ncよりも多数に設定されている(Na/Nc≧2)。そして、面14aでは、第1シール部材36を切り欠いて、各酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の入口連結通路40aが形成される一方、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部36aが設けられている。   Each fuel gas supply communication hole 20a has a considerably smaller opening area than each oxidant gas supply communication hole 18a. Further, the number Na of the fuel gas supply communication holes 20a is set to be larger than the number Nc of the oxidant gas supply communication holes 18a (Na / Nc ≧ 2). In the surface 14a, the first seal member 36 is notched to form a plurality of inlet connection passages 40a that connect the oxidant gas supply communication holes 18a and the oxidant gas flow paths 30, while each fuel gas A seal portion 36a that goes around for each supply communication hole 20a is provided.

このため、各酸化剤ガス供給連通孔18aに供給される酸化剤ガスは、各入口連結通路40aを通って酸化剤ガス流路30に流通するとともに、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部36aがバッファ部として機能する。従って、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路30の幅方向(矢印B方向)に良好に且つ均一に分配され、前記酸化剤ガス流路30の発電領域全域にわたって前記酸化剤ガスの均一供給が遂行されるという効果が得られる。   Therefore, the oxidant gas supplied to each oxidant gas supply communication hole 18a circulates through each inlet connection passage 40a to the oxidant gas flow path 30 and circulates for each fuel gas supply communication hole 20a. The seal part 36a functions as a buffer part. Therefore, the oxidant gas is distributed in a good and uniform manner in the width direction (arrow B direction) of the oxidant gas flow channel 30, and the oxidant gas is uniformly supplied over the entire power generation region of the oxidant gas flow channel 30. The effect of being carried out is obtained.

一方、燃料ガス供給連通孔20aは、矢印B方向に沿って、酸化剤ガス供給連通孔18aよりも多数配列されている。これにより、図4に示すように、各燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス流路32とを連通する複数の入口連結通路42aは、前記燃料ガス流路32の幅方向に沿って多数配列されている。このため、各燃料ガス供給連通孔20aに供給される燃料ガスは、各入口連結通路42aを介して燃料ガス流路32の幅方向に均一且つ良好に供給され、前記燃料ガス流路32の発電領域全域にわたって燃料ガスの均一供給が遂行される。   On the other hand, more fuel gas supply communication holes 20a are arranged along the direction of arrow B than the oxidant gas supply communication holes 18a. As a result, as shown in FIG. 4, a plurality of inlet connection passages 42 a communicating each fuel gas supply communication hole 20 a and the fuel gas passage 32 are arranged along the width direction of the fuel gas passage 32. ing. For this reason, the fuel gas supplied to each fuel gas supply communication hole 20a is supplied uniformly and satisfactorily in the width direction of the fuel gas flow channel 32 via each inlet connection passage 42a. A uniform supply of fuel gas is performed over the entire region.

従って、第1の実施形態では、酸化剤ガス用及び燃料ガス用の専用バッファ部が不要になり、発電領域を効率的に拡大させることができ、出力の向上が良好に図られるという利点がある。しかも、燃料ガス及び酸化剤ガスの分配性が向上するため、発電性能の安定化が図られるとともに、燃料電池10全体のコンパクト化が容易に遂行可能になるという効果がある。   Therefore, in the first embodiment, dedicated buffer portions for the oxidant gas and the fuel gas are not required, the power generation region can be efficiently expanded, and the output can be improved favorably. . In addition, since the distribution of the fuel gas and the oxidant gas is improved, the power generation performance is stabilized, and the entire fuel cell 10 can be easily made compact.

さらにまた、第1の実施形態では、各燃料ガス供給連通孔20aは、各酸化剤ガス供給連通孔18aよりもセパレータ面方向内方(発電領域側)に配置されている。このため、燃料電池10に外部からの衝撃が付与された際に、燃料ガス供給連通孔20aのシール性を良好に維持することができる。   Furthermore, in the first embodiment, each fuel gas supply communication hole 20a is arranged on the inner side (power generation region side) in the separator surface direction than each oxidant gas supply communication hole 18a. For this reason, when the impact from the outside is given to the fuel cell 10, the sealing performance of the fuel gas supply communication hole 20a can be maintained well.

なお、酸化剤ガス排出連通孔18b及び燃料ガス排出連通孔20bにおいても、上記の酸化剤ガス供給連通孔18a及び燃料ガス供給連通孔20aと同様の効果が得られる。   The oxidant gas discharge communication hole 18b and the fuel gas discharge communication hole 20b can achieve the same effects as the oxidant gas supply communication hole 18a and the fuel gas supply communication hole 20a.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池50の要部分解斜視説明図である。   FIG. 6 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 50 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池50は、電解質膜・電極構造体52と、前記電解質膜・電極構造体52を挟持する第1カーボンセパレータ(カソード側セパレータ)54及び第2カーボンセパレータ(アノード側セパレータ)56とを備える。なお、第1及び第2カーボンセパレータ54、56に代えて、金属セパレータを用いてもよい。   The fuel cell 50 includes an electrolyte membrane / electrode structure 52, and a first carbon separator (cathode side separator) 54 and a second carbon separator (anode side separator) 56 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 52. A metal separator may be used instead of the first and second carbon separators 54 and 56.

燃料電池50の長辺方向の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、複数の酸化剤ガス供給連通孔18aが矢印B方向に配列して設けられる。酸化剤ガス供給連通孔18aよりもセパレータ面方向内方に位置し、矢印A方向に互いに連通して、複数の冷却媒体供給連通孔22aが矢印B方向に配列して設けられる。冷却媒体供給連通孔22aよりもセパレータ面方向内方に位置し、矢印A方向に互いに連通して、複数の燃料ガス供給連通孔20aが矢印B方向に配列して設けられる。   A plurality of oxidant gas supply communication holes 18a are arranged in the arrow B direction at the upper edge of the long side direction of the fuel cell 50 so as to communicate with each other in the arrow A direction. A plurality of cooling medium supply communication holes 22a are arranged in the direction of arrow B so as to be located inward of the separator surface with respect to the oxidizing gas supply communication hole 18a and communicate with each other in the direction of arrow A. A plurality of fuel gas supply communication holes 20a are arranged in the direction of arrow B so as to be located inward of the cooling medium supply communication hole 22a in the separator surface direction and communicate with each other in the direction of arrow A.

各冷却媒体供給連通孔22aの開口面積は、各酸化剤ガス供給連通孔18aの開口面積よりも小さく、各燃料ガス供給連通孔20aの開口面積は、前記各冷却媒体供給連通孔22aの開口面積よりも小さい。酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aは、矢印C方向の寸法が同一に設定される一方、矢印B方向の寸法が異なっている。酸化剤ガス供給連通孔18aの個数Ncと、冷却媒体供給連通孔22aの個数Nwと、燃料ガス供給連通孔20aの個数Naとは、Nw/Nc>1、Na/Nw>1に設定されるlことが好ましい。   The opening area of each cooling medium supply communication hole 22a is smaller than the opening area of each oxidant gas supply communication hole 18a, and the opening area of each fuel gas supply communication hole 20a is the opening area of each cooling medium supply communication hole 22a. Smaller than. The oxidant gas supply communication hole 18a, the cooling medium supply communication hole 22a, and the fuel gas supply communication hole 20a have the same dimension in the arrow C direction, but have different dimensions in the arrow B direction. The number Nc of the oxidant gas supply communication holes 18a, the number Nw of the cooling medium supply communication holes 22a, and the number Na of the fuel gas supply communication holes 20a are set to Nw / Nc> 1 and Na / Nw> 1. l is preferred.

図7〜図9に示すように、1つの酸化剤ガス供給連通孔18aの幅寸法(矢印B方向の寸法)内に、2つの冷却媒体供給連通孔22aが配設されるとともに、1つの前記冷却媒体供給連通孔22aの幅方向の寸法内に、2つの燃料ガス供給連通孔20aが配置される。なお、各冷却媒体供給連通孔22a間に位置して、1つの燃料ガス供給連通孔20aが配置されているが、この位置に前記燃料ガス供給連通孔20aを設けなくてもよい。   As shown in FIGS. 7 to 9, two cooling medium supply communication holes 22a are disposed in the width dimension (the dimension in the direction of arrow B) of one oxidant gas supply communication hole 18a, and Two fuel gas supply communication holes 20a are arranged within the dimension in the width direction of the cooling medium supply communication hole 22a. One fuel gas supply communication hole 20a is disposed between the cooling medium supply communication holes 22a. However, the fuel gas supply communication hole 20a may not be provided at this position.

図7に示すように、各酸化剤ガス供給連通孔18aの幅方向両端位置と、該両端位置に近接する冷却媒体供給連通孔22aの端部位置との間には、所定の距離Sが設けられる。   As shown in FIG. 7, a predetermined distance S is provided between the positions in the width direction of each oxidant gas supply communication hole 18a and the end position of the cooling medium supply communication hole 22a adjacent to the both positions. It is done.

燃料電池50の長辺方向の下端縁部には、複数の酸化剤ガス排出連通孔18b、複数の冷却媒体排出連通孔22b及び複数の燃料ガス排出連通孔20bが、セパレータ面方向内方(図7中、上方)に順次近接して、矢印B方向に配列して設けられる。なお、酸化剤ガス排出連通孔18b、冷却媒体排出連通孔22b及び燃料ガス排出連通孔20bは、上記の酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。   A plurality of oxidant gas discharge communication holes 18b, a plurality of cooling medium discharge communication holes 22b, and a plurality of fuel gas discharge communication holes 20b are provided at the lower edge of the long side direction of the fuel cell 50 inward in the separator surface direction (see FIG. 7 are arranged in the direction of the arrow B, in close proximity to each other. The oxidant gas discharge communication hole 18b, the cooling medium discharge communication hole 22b, and the fuel gas discharge communication hole 20b are the same as the oxidant gas supply communication hole 18a, the cooling medium supply communication hole 22a, and the fuel gas supply communication hole 20a. The detailed description thereof is omitted.

第1カーボンセパレータ54の電解質膜・電極構造体52側の面54aには、第1シール部材58が個別に又は一体的に設けられる。第2カーボンセパレータ56の電解質膜・電極構造体52側の面56aには、図8に示すように、第2シール部材60が設けられるとともに、前記第2カーボンセパレータ56の面56b(56aとは反対の面)には、第3シール部材62が設けられる(図6及び図9参照)。   A first seal member 58 is provided individually or integrally on the surface 54a of the first carbon separator 54 on the electrolyte membrane / electrode structure 52 side. As shown in FIG. 8, a second seal member 60 is provided on the surface 56a of the second carbon separator 56 on the electrolyte membrane / electrode structure 52 side, and the surface 56b (56a) of the second carbon separator 56 is provided. A third seal member 62 is provided on the opposite surface (see FIGS. 6 and 9).

図7に示すように、第1カーボンセパレータ54の面54aには、第1シール部材58を切り欠いて、各酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の入口連結通路64aと、各酸化剤ガス排出連通孔18bと前記酸化剤ガス流路30とを連通する複数の出口連結通路64bとが形成される。   As shown in FIG. 7, a first seal member 58 is notched in the surface 54 a of the first carbon separator 54, and a plurality of inlets communicating the respective oxidant gas supply communication holes 18 a and the oxidant gas flow path 30. A connecting passage 64a, and a plurality of outlet connecting passages 64b that connect each of the oxidizing gas discharge communication holes 18b and the oxidizing gas channel 30 are formed.

第1シール部材58は、面54aにおいて、各冷却媒体供給連通孔22a毎に周回するシール部58aと、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部58bと、各冷却媒体排出連通孔22b毎に周回するシール部58cと、各燃料ガス排出連通孔20b毎に周回するシール部58dとを備える。   The first seal member 58 includes, on the surface 54a, a seal portion 58a that circulates for each cooling medium supply communication hole 22a, a seal portion 58b that circulates for each fuel gas supply communication hole 20a, and each cooling medium discharge communication hole 22b. A seal portion 58c that circulates every time and a seal portion 58d that circulates for each fuel gas discharge communication hole 20b are provided.

図8に示すように、第2カーボンセパレータ56の面56aには、第2シール部材60を切り欠いて、各燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス流路32とを連通する一方、燃料ガス排出連通孔20bと前記燃料ガス流路32とを連通する。   As shown in FIG. 8, a second seal member 60 is cut out on the surface 56a of the second carbon separator 56 to communicate each fuel gas supply communication hole 20a with the fuel gas flow path 32, while discharging the fuel gas. The communication hole 20b communicates with the fuel gas flow path 32.

図6及び図9に示すように、第2カーボンセパレータ56の面56bには、第3シール部材62を切り欠いて、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路34とを連通する複数の入口連結通路66aと、冷却媒体排出連通孔22bと前記冷却媒体流路34とを連通する複数の出口連結通路66bとが形成される。第3シール部材62は、面56bにおいて、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部62aと、各燃料ガス排出連通孔20b毎に周回するシール部62bとを備える。   As shown in FIGS. 6 and 9, the surface 56 b of the second carbon separator 56 is notched with a third seal member 62, and a plurality of inlets for communicating the cooling medium supply communication hole 22 a and the cooling medium flow path 34. A connection passage 66a, and a plurality of outlet connection passages 66b that connect the coolant discharge passage 22b and the coolant passage 34 are formed. The third seal member 62 includes, on the surface 56b, a seal portion 62a that circulates for each fuel gas supply communication hole 20a and a seal portion 62b that circulates for each fuel gas discharge communication hole 20b.

このように構成される第2の実施形態では、図7に示すように、第1カーボンセパレータ54の一辺(上端側端辺)に、セパレータ面方向内方に向かってそれぞれ複数の酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aが設けられている。そして、酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aの順に、それぞれの個数が増加しており、前記燃料ガス供給連通孔20aは、酸化剤ガス流路30の幅方向全域にわたって等間隔に離間して設けられている。   In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 7, a plurality of oxidant gases are supplied to one side (upper end side) of the first carbon separator 54 inward in the separator surface direction. A communication hole 18a, a cooling medium supply communication hole 22a, and a fuel gas supply communication hole 20a are provided. The number of each of the oxidant gas supply communication hole 18a, the cooling medium supply communication hole 22a, and the fuel gas supply communication hole 20a increases in order, and the fuel gas supply communication hole 20a is connected to the oxidant gas flow path 30. Are provided at equal intervals over the entire width direction.

従って、各酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する入口連結通路64aは、各冷却媒体供給連通孔22a毎に周回するシール部58aと、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部58bとによりバッファ部としての機能を有することができる。   Accordingly, the inlet connection passage 64a that connects each oxidant gas supply communication hole 18a and the oxidant gas flow passage 30 includes a seal portion 58a that circulates for each cooling medium supply communication hole 22a, and each fuel gas supply communication hole 20a. The seal portion 58b that circulates every time can serve as a buffer portion.

このため、酸化剤ガス供給連通孔18aから入口連結通路64aに導入された酸化剤ガスは、複数のシール部58aによって分散された後、さらに多数のシール部58b間を通って、酸化剤ガス流路30の幅方向全域にわたって均等に流通することが可能になる。   For this reason, the oxidant gas introduced into the inlet connection passage 64a from the oxidant gas supply communication hole 18a is dispersed by the plurality of seal portions 58a, and then passes between the plurality of seal portions 58b to flow the oxidant gas flow. It becomes possible to distribute evenly over the entire width direction of the path 30.

これにより、第2の実施形態では、専用のバッファ部が不要になり、発電領域を効率的に拡大させることができ、出力の向上が図られるとともに、燃料電池50全体のコンパクト化が遂行可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, in the second embodiment, a dedicated buffer unit is not required, the power generation region can be efficiently expanded, the output can be improved, and the fuel cell 50 as a whole can be made compact. For example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路34とを連通する入口連結通路66aには、多数の燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部62aが配置されている(図9参照)。従って、冷却媒体供給連通孔22aから入口連結通路66aに導出された冷却媒体は、各シール部62aがバッファ部として機能し、前記シール部62aを流通して冷却媒体流路34の幅方向全域にわたって均等に供給される。   Further, the inlet connection passage 66a that connects the cooling medium supply communication hole 22a and the cooling medium flow path 34 is provided with a seal portion 62a that circulates for each of the many fuel gas supply communication holes 20a (see FIG. 9). . Accordingly, the cooling medium led out from the cooling medium supply communication hole 22a to the inlet connection passage 66a functions as a buffer part in each seal part 62a, and flows through the seal part 62a over the entire width direction of the cooling medium flow path 34. Evenly supplied.

さらにまた、図8に示すように、燃料ガス供給連通孔20aは、燃料ガス流路32の幅方向にわたって所定間隔ずつ離間し、複数設けられている。このため、各燃料ガス供給連通孔20aから導入された燃料ガスは、燃料ガス流路32の幅方向全域にわたって均等に導入され、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Furthermore, as shown in FIG. 8, a plurality of fuel gas supply communication holes 20a are provided at predetermined intervals along the width direction of the fuel gas flow path 32. For this reason, the fuel gas introduced from each fuel gas supply communication hole 20a is uniformly introduced over the entire width direction of the fuel gas flow path 32, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池70の要部分解斜視説明図である。   FIG. 10 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 70 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池70は、電解質膜・電極構造体72と、前記電解質膜・電極構造体72を挟持する第1カーボンセパレータ(カソード側セパレータ)74及び第2カーボンセパレータ(アノード側セパレータ)76とを備える。第1及び第2カーボンセパレータ74、76は、例えば、金属セパレータにより構成してもよい。   The fuel cell 70 includes an electrolyte membrane / electrode structure 72, and a first carbon separator (cathode side separator) 74 and a second carbon separator (anode side separator) 76 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 72. For example, the first and second carbon separators 74 and 76 may be constituted by metal separators.

燃料電池70の上端縁部には、それぞれ複数の酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aが、セパレータ面方向内方に順次近接して設けられる。酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aは、それぞれ交互に配置され、矢印B方向の寸法である幅寸法が同一に且つ矢印C方向の寸法が順次短尺に構成される。   A plurality of oxidant gas supply communication holes 18a, a cooling medium supply communication hole 22a, and a fuel gas supply communication hole 20a are respectively provided in the upper edge of the fuel cell 70 so as to be sequentially close inward in the separator surface direction. The oxidant gas supply communication hole 18a, the cooling medium supply communication hole 22a, and the fuel gas supply communication hole 20a are alternately arranged so that the width dimension in the arrow B direction is the same, and the dimension in the arrow C direction is sequentially shorter. Configured.

燃料電池70の下端縁部には、酸化剤ガス排出連通孔18b、冷却媒体排出連通孔22b及び燃料ガス排出連通孔20bが、セパレータ面方向内方に順次近接して設けられる。酸化剤ガス排出連通孔18b、冷却媒体排出連通孔22b及び燃料ガス排出連通孔20bは、上記の酸化剤ガス供給連通孔18a、冷却媒体供給連通孔22a及び燃料ガス供給連通孔20aと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。   An oxidant gas discharge communication hole 18b, a cooling medium discharge communication hole 22b, and a fuel gas discharge communication hole 20b are provided at the lower end edge of the fuel cell 70 in close proximity to each other inward in the separator surface direction. The oxidant gas discharge communication hole 18b, the cooling medium discharge communication hole 22b, and the fuel gas discharge communication hole 20b are configured in the same manner as the oxidant gas supply communication hole 18a, the cooling medium supply communication hole 22a, and the fuel gas supply communication hole 20a. Therefore, detailed description thereof is omitted.

第1カーボンセパレータ74の電解質膜・電極構造体72に向かう面74aには、第1シール部材78が設けられる。第2カーボンセパレータ76は、電解質膜・電極構造体72に向かう面76aに、第2シール部材80が配置される一方、面76b(面76aとは反対の面)には、第3シール部材82が配置される。   A first seal member 78 is provided on a surface 74 a of the first carbon separator 74 facing the electrolyte membrane / electrode structure 72. In the second carbon separator 76, the second seal member 80 is disposed on the surface 76a facing the electrolyte membrane / electrode structure 72, while the third seal member 82 is disposed on the surface 76b (the surface opposite to the surface 76a). Is placed.

図11に示すように、第1シール部材78を切り欠いて、面74a側に酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の入口連結通路84aと、酸化剤ガス排出連通孔18bと前記酸化剤ガス流路30とを連通する複数の出口連結通路84bとが形成される。面74aでは、各冷却媒体供給連通孔22a毎に周回するシール部78a、各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部78b、各冷却媒体排出連通孔22b毎に周回するシール部78c及び各燃料ガス排出連通孔20b毎に周回するシール部78dが設けられる。   As shown in FIG. 11, the first seal member 78 is notched, and a plurality of inlet connection passages 84a communicating the oxidant gas supply communication hole 18a and the oxidant gas passage 30 on the surface 74a side, and the oxidant gas. A plurality of outlet connection passages 84b are formed to communicate the discharge communication hole 18b and the oxidant gas flow path 30. In the surface 74a, a seal part 78a that circulates for each cooling medium supply communication hole 22a, a seal part 78b that circulates for each fuel gas supply communication hole 20a, a seal part 78c that circulates for each cooling medium discharge communication hole 22b, and each A seal portion 78d that goes around for each fuel gas discharge communication hole 20b is provided.

図12に示すように、第2シール部材80は、一部を切り欠いて、各燃料ガス供給連通孔20a及び各燃料ガス排出連通孔20bを燃料ガス流路32に連通する。   As shown in FIG. 12, the second seal member 80 is partly cut out to connect each fuel gas supply communication hole 20 a and each fuel gas discharge communication hole 20 b to the fuel gas flow path 32.

図13に示すように、面76bには、第3シール部材82を切り欠いて、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路34とを連通する複数の入口連結通路86aと、冷却媒体排出連通孔22bと前記冷却媒体流路34とを連通する複数の出口連結通路86bとが形成される。面76bにおいて、第3シール部材80には各燃料ガス供給連通孔20a毎に周回するシール部82a、及び各燃料ガス排出連通孔20b毎に周回するシール部82bを備える。   As shown in FIG. 13, the surface 76 b has a third seal member 82 cut out, and a plurality of inlet connection passages 86 a that connect the cooling medium supply communication hole 22 a and the cooling medium flow path 34, and cooling medium discharge communication. A plurality of outlet connection passages 86b communicating with the holes 22b and the cooling medium flow path 34 are formed. In the surface 76b, the third seal member 80 includes a seal portion 82a that circulates for each fuel gas supply communication hole 20a and a seal portion 82b that circulates for each fuel gas discharge communication hole 20b.

このように構成される第3の実施形態では、実質的に第2の実施形態と同様に機能することができる。従って、専用のバッファ部が不要になり、燃料電池70全体のコンパクト化が容易に遂行可能になる等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   The third embodiment configured as described above can function in substantially the same manner as the second embodiment. Therefore, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, such as eliminating the need for a dedicated buffer unit and making the entire fuel cell 70 more compact.

10、50、70…燃料電池
12、52、72…電解質膜・電極構造体
14、16…金属セパレータ 18a…酸化剤ガス供給連孔
18b…酸化剤ガス排出連通孔 20a…燃料ガス供給連通孔
20b…燃料ガス排出連通孔 22a…冷却媒体供給連通孔
22b…冷却媒体排出連通孔 24…固体高分子電解質膜
26…カソード側電極 28…アノード側電極
30…酸化剤ガス流路 32…燃料ガス流路
34…冷却媒体流路
36、36a、36b、38、58、58a〜58d、60、62、62a、62b、78、78a〜78d、80、82、82a、82b…シール部材
40a、42a、44a、64a、66a、84a、86a…入口連結通路
40b、42b、44b、64b、66b、84b、86b…出口連結通路
54、56、74、76…カーボンセパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 50, 70 ... Fuel cell 12, 52, 72 ... Electrolyte membrane electrode assembly 14, 16 ... Metal separator 18a ... Oxidant gas supply communication hole 18b ... Oxidant gas discharge communication hole 20a ... Fuel gas supply communication hole 20b ... fuel gas discharge communication hole 22a ... cooling medium supply communication hole 22b ... cooling medium discharge communication hole 24 ... solid polymer electrolyte membrane 26 ... cathode side electrode 28 ... anode side electrode 30 ... oxidant gas flow path 32 ... fuel gas flow path 34 ... Cooling medium flow paths 36, 36a, 36b, 38, 58, 58a-58d, 60, 62, 62a, 62b, 78, 78a-78d, 80, 82, 82a, 82b ... Seal members 40a, 42a, 44a, 64a, 66a, 84a, 86a ... Inlet connection passages 40b, 42b, 44b, 64b, 66b, 84b, 86b ... Outlet connection passages 54, 56, 74, 7 ... carbon separator

Claims (3)

電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体を、一対の矩形状セパレータで挟持するとともに、一方の前記セパレータの面には、燃料ガスが流通される燃料ガス流路が形成され、他方の前記セパレータの面には、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路が形成され、互いに隣接する前記セパレータ間には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも1辺の近傍には、前記燃料ガス、前記酸化剤ガス又は前記冷却媒体の1つの流体である第1流体が積層方向に流通される第1流体連通孔と、
前記第1流体連通孔よりもセパレータ面方向内方に位置し、前記第1流体とは異なる他の1つの流体である第2流体が積層方向に流通される複数の第2流体連通孔と、
が設けられることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte is sandwiched between a pair of rectangular separators, and a fuel gas passage through which fuel gas is circulated is formed on the surface of one of the separators. The other separator is a fuel cell in which an oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas is formed on the surface of the other separator, and a cooling medium flow path for flowing a cooling medium is formed between the adjacent separators. And
In the vicinity of at least one side of the separator, a first fluid communication hole through which a first fluid that is one fluid of the fuel gas, the oxidant gas, or the cooling medium flows in the stacking direction;
A plurality of second fluid communication holes that are located inward of the separator surface with respect to the first fluid communication holes and through which a second fluid that is another fluid different from the first fluid flows in the stacking direction;
A fuel cell comprising:
請求項1記載の燃料電池において、前記第1流体が面方向に流通されるセパレータ面には、各第2流体連通孔毎に周回するシール部が設けられることを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator surface through which the first fluid flows in a surface direction is provided with a seal portion that circulates for each second fluid communication hole. 請求項1又は2記載の燃料電池において、前記第2流体連通孔は、燃料ガス連通孔であることを特徴とする燃料電池。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the second fluid communication hole is a fuel gas communication hole.
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