JP2011175880A - Fuel cell - Google Patents
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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1A 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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (3)
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:
Priority Applications (1)
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| JP2014103034A (en) * | 2012-11-21 | 2014-06-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
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2010
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Cited By (3)
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| US9350029B2 (en) | 2012-11-21 | 2016-05-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
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