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JP2012182064A - Fuel cell separator and fuel cell using the same - Google Patents

Fuel cell separator and fuel cell using the same Download PDF

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JP2012182064A
JP2012182064A JP2011045243A JP2011045243A JP2012182064A JP 2012182064 A JP2012182064 A JP 2012182064A JP 2011045243 A JP2011045243 A JP 2011045243A JP 2011045243 A JP2011045243 A JP 2011045243A JP 2012182064 A JP2012182064 A JP 2012182064A
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Japan
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separator
fuel cell
groove
seal member
impurities
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Application number
JP2011045243A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Umeda
孝裕 梅田
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Kiichi Shibata
礎一 柴田
Shigeyuki Unoki
重幸 鵜木
Norihiko Kawabata
徳彦 川畑
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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    • 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】シール部材に含まれる不純物が電極を被毒することを抑制し、電圧低下や、燃料電池の耐久性低下を防止することができるセパレータおよびそれを用いた燃料電池を提供すること。
【解決手段】セパレータ1の厚み方向から見て、膜電極接合体との間に配置されるシール部材13、14が配置される部分より周縁部側に、溝部9を有する構成により、シール部材13、14から発生した不純物がシール部材13、14から溝部9に向かって流れる推進力が発生するため、不純物が溝部9内へ多く排出されて、電極側へ流れる不純物の量が削減される。したがって、電極が不純物により被毒されることを抑制することができ、不純物が原因による電圧低下を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【選択図】図2
An object of the present invention is to provide a separator capable of preventing impurities contained in a seal member from poisoning an electrode and preventing a decrease in voltage and a decrease in durability of a fuel cell, and a fuel cell using the separator.
A seal member 13 has a configuration in which a groove portion 9 is provided on a peripheral edge side of a portion where seal members 13 and 14 disposed between a separator and a membrane electrode assembly are disposed when viewed from the thickness direction of a separator. , 14 generates a propulsive force that flows from the sealing members 13 and 14 toward the groove 9, so that a large amount of impurities are discharged into the groove 9 and the amount of impurities flowing to the electrode side is reduced. Therefore, it can suppress that an electrode is poisoned by an impurity, the voltage fall by the cause of an impurity can be suppressed, and durability of a fuel cell can be improved.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池において、アノードに燃料ガス、カソードに酸化剤ガスを供給および排出する燃料電池用セパレータおよびそれを用いた燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell separator that supplies and discharges a fuel gas to an anode and an oxidant gas to a cathode in a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, and a fuel cell using the same.

燃料電池は、少なくとも水素を含む燃料ガスと、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスとを反応させて、電気と熱を作り出し、燃料の持つ化学エネルギーを直接あるいは間接的に電気エネルギーに変換するので、高い発電効率を得ることができる。   Fuel cells are highly reactive because they produce electricity and heat by reacting a fuel gas containing at least hydrogen and an oxidant gas containing at least oxygen, and directly or indirectly convert the chemical energy of the fuel into electrical energy. Power generation efficiency can be obtained.

図16に、従来の一般的な燃料電池のシール構造の断面図を示す。燃料電池の膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly,MEA)を構成する電解質膜101の両面には、それぞれアノード102およびカソード103が形成されており、アノード102、カソード103の両側には、それぞれ燃料電池用セパレータ104、105が配置されている。燃料ガスおよび酸化剤ガスは、それぞれセパレータ104、105に形成されたガス流路を通って、アノード102、カソード103に供給される。また、燃料ガスおよび酸化剤ガスによる互いのガス流路への混入および外部へのリークを防止するために、MEAとセパレータ104、105の間に、シール部材106が配置されている。   FIG. 16 shows a cross-sectional view of a conventional general fuel cell seal structure. An anode 102 and a cathode 103 are formed on both surfaces of an electrolyte membrane 101 constituting a membrane electrode assembly (MEA) of the fuel cell, respectively, and the fuel cell is formed on both sides of the anode 102 and the cathode 103, respectively. Separators 104 and 105 are disposed. The fuel gas and the oxidant gas are supplied to the anode 102 and the cathode 103 through gas flow paths formed in the separators 104 and 105, respectively. Further, a seal member 106 is disposed between the MEA and the separators 104 and 105 in order to prevent the fuel gas and the oxidant gas from being mixed into the gas flow paths and leaking to the outside.

このMEAとセパレータ104、105の間に配置されるシール部材106に含まれる配合剤あるいは不純物の中には、MEAに対して悪影響を与える物質が存在する場合がある。これらの悪影響を与える物質が、MEAのアノード102やカソード103(電極)を被毒すると、発電反応が阻害され、電池電圧の低下や燃料電池の耐久性の低下を招くおそれがある。そこで、従来は、シール部材に、元々不純物が溶出しない(あるいは溶出しにくい)材料を選定したり、シール部材から溶出する不純物が電極を被毒しない(あるいは被毒しにくい)構成を適用していた。その一例として、一般的に不純物が溶出しにくいフッ素系樹脂などの材料からなるシール部材が挙げられる。   In the compounding agents or impurities contained in the seal member 106 disposed between the MEA and the separators 104 and 105, there may be a substance that adversely affects the MEA. When these substances that adversely affect the anode 102 and the cathode 103 (electrode) of the MEA, the power generation reaction is hindered, which may lead to a decrease in battery voltage and a decrease in durability of the fuel cell. Therefore, conventionally, a material that does not elute (or does not easily elute) impurities from the seal member is selected for the seal member, or a configuration that does not poison (or hardly poison) the electrode by impurities that elute from the seal member is applied. It was. As an example, a sealing member made of a material such as a fluorine-based resin that is generally difficult to elute impurities can be cited.

例えば、特許文献1には、樹脂フレームの一部に突起部を設け、突起部をガス拡散層に突き刺して、樹脂フレームの面内、面直方向の空間を埋めることにより、従来、ガス拡散層に接するように充填されていたシール部材を除去できることが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a conventional gas diffusion layer by providing a protrusion on a part of a resin frame, piercing the protrusion into the gas diffusion layer, and filling the space in the plane of the resin frame in the direction perpendicular to the surface. It is disclosed that the sealing member filled so as to be in contact with can be removed.

また、燃料電池内の水蒸気やその水蒸気を凝縮させて得た凝縮水に、溶出した不純物を溶かし込んで除去する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Moreover, a method for dissolving and removing eluted impurities in water vapor in the fuel cell and condensed water obtained by condensing the water vapor is disclosed (for example, see Patent Document 2).

特開2009−170273号公報JP 2009-170273 A 特開2003−217613号公報JP 2003-217613 A

しかしながら、従来の、不純物が溶出しにくい材料からなるシール部材を用いる方法では、シール性が不十分であるという課題や、材料が高価なため十分なコストダウンを実施することができないという課題があった。   However, the conventional method using a sealing member made of a material that does not easily elute impurities has a problem that sealing performance is insufficient and a problem that a sufficient cost reduction cannot be performed because the material is expensive. It was.

また、従来の、樹脂フレームの一部に突起部を設け、突起部をガス拡散層に突き刺して、樹脂フレームの移動を抑制することによりシール部材を除去する方法では、セパレータと樹脂フレームの間の密着性が不十分なため、リークが発生するという課題や、セパレータと樹脂フレームの間に配置した充填材から不純物が溶出するという課題があった。   Further, in a conventional method of removing a seal member by providing a protrusion on a part of a resin frame and piercing the protrusion into a gas diffusion layer to suppress the movement of the resin frame, Due to insufficient adhesion, there are problems that leaks occur and impurities are eluted from the filler disposed between the separator and the resin frame.

また、従来の、燃料電池内の水蒸気あるいはその水蒸気を凝縮させて得た凝縮水に、溶出した不純物を溶かし込んで除去する方法では、不純物が水に不溶性の物質の場合に、不純物を除去しづらいという課題や、水蒸気を凝縮させるために、燃料電池を冷却しなければならないという課題があった。   Further, in the conventional method of dissolving and removing eluted impurities in water vapor in the fuel cell or condensed water obtained by condensing the water vapor, the impurities are removed when the impurities are insoluble in water. There was a problem that it was difficult and a problem that the fuel cell had to be cooled in order to condense water vapor.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、シール部材に含まれる不純物が電極を被毒することを抑制し、電圧低下や、燃料電池の耐久性低下を防止することができる燃料電池およびそれに用いるセパレータを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses the impurities contained in the seal member from poisoning the electrode, and can prevent a decrease in voltage and a decrease in durability of the fuel cell. It aims at providing the separator used for it.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池セパレータは、電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟むように配置される一対のセパレータと、電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルに用いられる燃料電池用セパレータであって、セパレータの厚み方向から見て、シール部材が配置される部分より周縁部側に溝部を有するものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell separator of the present invention comprises a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane so as to expose the peripheral portion of the electrolyte membrane, A unit cell having a pair of separators disposed so as to sandwich a membrane electrode assembly, and a sealing member disposed between a peripheral portion of the electrolyte membrane and the separator and sealing a region where the electrode and the separator face each other A separator for a fuel cell used for a cell, which has a groove portion on a peripheral edge side from a portion where a seal member is disposed when viewed from the thickness direction of the separator.

また、本発明の燃料電池は、上記本発明の燃料電池用セパレータと、電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルを1以上含む燃料電池である。   Further, the fuel cell of the present invention is a membrane electrode joint comprising the fuel cell separator of the present invention, an electrolyte membrane, and a pair of electrodes disposed on both surfaces of the electrolyte membrane so as to expose the peripheral edge of the electrolyte membrane. A fuel cell including one or more unit cells each having a body, a sealing member disposed between a peripheral portion of the electrolyte membrane and the separator and sealing a region where the electrode and the separator face each other.

本発明の燃料電池およびそれに用いるセパレータによれば、セパレータにおいてシール部材が配置される部分より周縁部側に1以上の溝部が存在することにより、シール部材に含まれる不純物が電極を被毒することを抑制し、その不純物を原因とする電圧低下を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   According to the fuel cell of the present invention and the separator used therefor, an impurity contained in the seal member poisons the electrode due to the presence of one or more grooves on the peripheral edge side of the separator in which the seal member is disposed. And the voltage drop caused by the impurities can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be improved.

本発明の実施の形態1におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 1 of this invention 図1のセパレータを用いた燃料電池の単電池セルの線A−Aに沿った断面図Sectional drawing along line AA of the unit cell of the fuel cell using the separator of FIG. 本発明の実施の形態2におけるセパレータの上面図Top view of the separator according to Embodiment 2 of the present invention 図2のセパレータを用いた燃料電池の単電池セルの線B−Bに沿った断面図Sectional drawing along line BB of the single battery cell of the fuel cell using the separator of FIG. 本発明の実施の形態3におけるセパレータの上面図Top view of the separator according to Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態3における溝部が別の形状のセパレータの上面図The top view of the separator in which the groove part in Embodiment 3 of this invention has another shape 本発明の実施の形態4におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態4における溝部が別の形状のセパレータの上面図The top view of the separator in which the groove part in Embodiment 4 of this invention has another shape 本発明の実施の形態5におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 5 of this invention 本発明の実施の形態6におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 6 of this invention 本発明の実施の形態7におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 7 of this invention 本発明の実施の形態7における排出部を備えたセパレータの上面図The top view of the separator provided with the discharge part in Embodiment 7 of this invention 本発明の実施の形態8におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 8 of this invention 本発明の実施の形態8における排出部を備えたセパレータの上面図The top view of the separator provided with the discharge part in Embodiment 8 of the present invention 本発明の実施の形態9におけるセパレータの上面図The top view of the separator in Embodiment 9 of this invention 従来のセパレータの縦方向断面図Longitudinal sectional view of a conventional separator

第1の発明は、電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟むように配置される一対のセパレータと、電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルに用いられる燃料電池用セパレータであって、セパレータの厚み方向から見て、シール部材が配置される部分より周縁部側に溝部を有することを特徴とする。   1st invention is arrange | positioned so that a membrane electrode assembly which has an electrolyte membrane and a pair of electrode arrange | positioned on both surfaces of an electrolyte membrane so that the peripheral part of an electrolyte membrane may be exposed, and a membrane electrode assembly is pinched | interposed A separator for a fuel cell used for a unit cell having a pair of separators and a seal member disposed between a peripheral edge of the electrolyte membrane and the separator and sealing a region where the electrode and the separator face each other. Then, as viewed from the thickness direction of the separator, the groove portion is provided on the peripheral side from the portion where the seal member is disposed.

この構成によれば、シール部材から発生した不純物が、セパレータに形成された溝部内へ排出されるため、シール部材から発生した不純物が、発電を行う電極側に流れる量が削減される。これにより、電極が不純物により被毒されることを抑制することができ、不純物が原因による電圧低下を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上することができる。   According to this configuration, since the impurities generated from the seal member are discharged into the groove formed in the separator, the amount of the impurities generated from the seal member flowing to the electrode side that generates power is reduced. Thereby, it can suppress that an electrode is poisoned by an impurity, the voltage fall by the cause of an impurity can be suppressed, and durability of a fuel cell can be improved.

第2の発明は、第1の発明において、セパレータの厚み方向に直交する方向において、シール部材から溝部までの距離が、シール部材から電極までの距離よりも短いことを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the distance from the seal member to the groove is shorter than the distance from the seal member to the electrode in a direction orthogonal to the thickness direction of the separator.

この構成によれば、セパレータと電解質膜との隙間において、不純物がシール部材から溝部に向かって流れる推進力が発生するため、不純物は電極側よりも溝部側へより多く流れ、電極側に流れる量は削減される。よって、不純物による電極の被毒や電圧低下を抑制して、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   According to this configuration, in the gap between the separator and the electrolyte membrane, a propulsive force is generated in which the impurity flows from the seal member toward the groove, so that the impurity flows more to the groove than to the electrode and flows to the electrode. Is reduced. Therefore, the durability of the fuel cell can be improved by suppressing the poisoning of the electrode and the voltage drop due to impurities.

第3の発明は、第1の発明において、セパレータの厚み方向に直交する方向において、シール部材から溝部までの距離が0であることを特徴とする。この構成によれば、不純物がシール部材から溝部に向かって流れる推進力を発生させることができ、不純物を溝部から排出することができる。   A third invention is characterized in that, in the first invention, the distance from the seal member to the groove is 0 in a direction orthogonal to the thickness direction of the separator. According to this configuration, it is possible to generate a driving force in which impurities flow from the seal member toward the groove, and it is possible to discharge the impurities from the groove.

第4の発明は、第1乃至3のいずれかの発明において、溝部の底面と電解質膜の表面との間隔が、シール部材から電極の端部までの領域におけるセパレータ表面と電解質膜の表面との間隔よりも大きいことを特徴とする。この構成によれば、不純物がシール部材から溝部へ流れる推進力をさらに増加させて、より多くの不純物を溝部から排出することができる。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the distance between the bottom surface of the groove and the surface of the electrolyte membrane is a distance between the separator surface and the surface of the electrolyte membrane in the region from the seal member to the end of the electrode. It is characterized by being larger than the interval. According to this configuration, it is possible to further increase the driving force for the impurities to flow from the seal member to the groove, and to discharge more impurities from the groove.

第5の発明は、第1乃至4のいずれかの発明において、セパレータは、シール部材がその内側に配置されるシール溝を有し、溝部の一端がシール溝に接続されていることを特徴とする。この構成によれば、シール部材から発生する不純物が、効率よく溝部に移動することができ、不純物による電極の被毒を抑制することができる。   A fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the separator has a seal groove in which a seal member is disposed, and one end of the groove portion is connected to the seal groove. To do. According to this configuration, impurities generated from the seal member can be efficiently moved to the groove portion, and electrode poisoning due to the impurities can be suppressed.

第6の発明は、第5の発明の発明において、溝部の他端が、シール溝に接続される一端より重力方向の下側に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、重力を利用することにより、不純物が自然に上から下へ向かって、溝部や連通溝へ効率よく移動できるだけでなく、電極への逆流をさらに防止することができる。   A sixth invention is characterized in that, in the invention of the fifth invention, the other end of the groove portion is disposed below the one end connected to the seal groove in the direction of gravity. According to this configuration, by using the gravity, not only the impurities can be efficiently moved from the top to the bottom, but also the grooves and the communication grooves, and the backflow to the electrodes can be further prevented.

第7の発明は、第1乃至6のいずれかの発明において、溝部の一端が、セパレータの周縁部の端面より外側に連通していることを特徴とする。この構成によれば、シール部材から発生した不純物を外部に排出することができ、燃料電池の系外へ不純物を隔離するので、不純物が燃料電池に逆流することを防止することができる。   A seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, one end of the groove portion communicates with the outside of the end face of the peripheral portion of the separator. According to this configuration, the impurities generated from the seal member can be discharged to the outside, and the impurities are isolated outside the fuel cell system, so that the impurities can be prevented from flowing back to the fuel cell.

第8の発明は、第1乃至7のいずれかの発明において、溝部が、シール部材に沿って延在し、セパレータの周縁部の端面より外側に連通した一続きの形状であることを特徴とする。この構成によれば、溝部の形状を簡素化できるとともに、不純物を排出できる面積が増加するため、さらに効率よく不純物を除去することができ、不純物による電極の被毒を防止することができる。   An eighth invention is characterized in that, in any one of the first to seventh inventions, the groove portion has a continuous shape extending along the seal member and communicating outward from the end face of the peripheral edge portion of the separator. To do. According to this configuration, the shape of the groove can be simplified, and the area from which impurities can be discharged increases, so that impurities can be removed more efficiently and electrode poisoning due to impurities can be prevented.

第9の発明は、第1乃至6のいずれかの発明において、溝部のいずれの端部も、セパレータの周縁部の端面より内側に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、不純物が電極とは隔離された状態となって、電極に逆流することなく溝部に閉じ込められるので、燃料電池の外表面が不純物により汚染されることを防止することができる。   A ninth invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, any end of the groove is disposed on an inner side than an end face of a peripheral edge of the separator. According to this configuration, the impurity is isolated from the electrode and is confined in the groove without flowing back to the electrode, so that the outer surface of the fuel cell can be prevented from being contaminated by the impurity.

第10の発明は、第1乃至6および9のいずれかの発明において、溝部が、シール部材に沿って延在し、セパレータの周縁部の端面より内側に配置された一続きの形状であることを特徴とする。この構成によれば、溝部の形状を簡素化できるだけでなく、不純物を排出できる面積が増加するため、さらに効率よく不純物を除去することができ、不純物による電極の被毒を防止することができる。   According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to sixth and ninth aspects, the groove portion extends along the seal member and has a continuous shape disposed on the inner side of the end surface of the peripheral edge portion of the separator. It is characterized by. According to this configuration, not only can the shape of the groove be simplified, but the area from which impurities can be discharged increases, so that impurities can be removed more efficiently and electrode poisoning due to impurities can be prevented.

第11の発明は、第1乃至6および9、10のいずれかの発明において、セパレータは、複数の溝部を連通するとともに個々の溝部よりも大きな容積を有する連通溝をセパレータの周縁部の端面より内側にて有することを特徴とする。この構成によれば、不純物を、溝部を介して連通溝に閉じ込めることができるため、量が多い場合でも、不純物を電極とは隔離された状態で保持することができる。   According to an eleventh aspect of the invention, in any one of the first to sixth, ninth, and tenth aspects, the separator communicates a plurality of groove portions and has a communication groove having a larger volume than the individual groove portions from an end surface of the peripheral edge portion of the separator. It is characterized by having inside. According to this configuration, since the impurity can be confined in the communication groove via the groove portion, the impurity can be held isolated from the electrode even when the amount is large.

第12の発明は、第1乃至11のいずれかの発明において、溝部に配置されるとともに、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を吸着する不純物吸着部材を有することを特徴とする。この構成によれば、不純物は、不純物吸着部材の吸着力により溝部に効率よく移動できるだけでなく不純物吸着部材によって保持されるので、不純物が電極に逆流することをさらに防止することができる。   A twelfth invention is characterized in that in any one of the first to eleventh inventions, an impurity adsorbing member is provided which adsorbs impurities generated from a seal member which is disposed in the groove and enters the groove. According to this configuration, the impurities can be efficiently moved to the groove portion by the adsorption force of the impurity adsorption member, and are held by the impurity adsorption member, so that the impurities can be further prevented from flowing back to the electrode.

第13の発明は、第11あるいは第12のいずれかの発明において、連通溝に配置されるとともに、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を吸着する不純物吸着部材を有することを特徴とする。この構成によれば、不純物は、不純物吸着部材の吸着力により連通溝に効率よく移動できるだけでなく不純物吸着部材によって保持されるので、不純物が電極に逆流することをさらに防止することができる。   A thirteenth invention is characterized in that in any one of the eleventh and twelfth inventions, there is provided an impurity adsorbing member that is arranged in the communication groove and adsorbs impurities generated from a seal member that enters the groove. . According to this configuration, the impurities can be efficiently moved to the communication groove by the adsorption force of the impurity adsorption member and are held by the impurity adsorption member, so that the impurities can be further prevented from flowing back to the electrode.

第14の発明は、第1乃至13のいずれかの発明において、シール部材は、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を含むことを特徴とする。この構成によれば、不純物による電極への被毒や電圧低下を抑制し、燃料電池の耐久性を向上することができる。   A fourteenth invention is characterized in that, in any one of the first to thirteenth inventions, the seal member contains impurities generated from the seal member entering the groove portion. According to this configuration, it is possible to suppress poisoning of the electrode and voltage drop due to impurities, and to improve the durability of the fuel cell.

第15の発明は、第1乃至14のいずれかの発明の燃料電池用セパレータと、電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルを1以上含む燃料電池であることを特徴とする。この構成によれば、不純物が溝部内へ排出されるため、発電を行う電極側に流れる量が削減される。これにより、不純物による電極の被毒や電圧低下を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   A fifteenth invention includes the fuel cell separator according to any one of the first to fourteenth inventions, an electrolyte membrane, and a pair of electrodes disposed on both surfaces of the electrolyte membrane so as to expose a peripheral portion of the electrolyte membrane. A fuel cell including one or more unit cells each having a membrane electrode assembly and a sealing member that is disposed between a peripheral portion of the electrolyte membrane and the separator and seals a region where the electrode and the separator face each other. It is characterized by. According to this configuration, since the impurities are discharged into the groove, the amount flowing to the electrode side that generates power is reduced. As a result, electrode poisoning and voltage drop due to impurities can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same components as those of the above-described embodiments will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
燃料電池は、複数のセルが積層されてできた燃料電池スタックにより構成される。図1は、本発明の実施の形態1におけるセパレータ1aの構成を示しており、図2は、セパレータ1aを用いた燃料電池の1つのセル(単電池セル)の線A−A(図1参照)に沿った断面を示す。図2に示すように、単電池セルは、MEA(膜電極接合体)と、MEAを挟むように配置されるセパレータ1a、1bと、MEAとセパレータ1a、1bとの間に配置されるシール部材13、14とで構成されている。
(Embodiment 1)
A fuel cell is composed of a fuel cell stack formed by stacking a plurality of cells. FIG. 1 shows a configuration of a separator 1a according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 shows a line AA (see FIG. 1) of one cell (single battery cell) of a fuel cell using the separator 1a. ) Is shown along the cross section. As shown in FIG. 2, the single battery cell includes an MEA (membrane electrode assembly), separators 1a and 1b arranged so as to sandwich the MEA, and a sealing member arranged between the MEA and the separators 1a and 1b. 13 and 14.

まず、MEAの詳細な構成について説明する。図2に示すように、MEAは、電解質膜10と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜10の一方の表面に配置されるアノード11と、同じく電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜10の他方の表面に配置されるカソード12とで構成される。   First, the detailed configuration of the MEA will be described. As shown in FIG. 2, the MEA exposes the electrolyte membrane 10, the anode 11 disposed on one surface of the electrolyte membrane 10 so as to expose the peripheral portion of the electrolyte membrane, and also exposes the peripheral portion of the electrolyte membrane. And the cathode 12 disposed on the other surface of the electrolyte membrane 10.

電解質膜10は、例えば水素イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸ポリマーからなる固体高分子電解質で構成される。   The electrolyte membrane 10 is made of a solid polymer electrolyte made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer having hydrogen ion conductivity, for example.

アノード11およびカソード12は、耐酸化性の高い多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒およびプロトン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層と、触媒層の上に積層した、通気性および電子伝導性を有するガス拡散層とで構成される。アノード11の一般的な触媒としては、燃料ガス中に含まれる不純物(特に一酸化炭素)による被毒を抑制する白金−ルテニウムの合金触媒が用いられる。また、ガス拡散層としては、撥水処理を施したカーボンペーパーやカーボンクロス、あるいはカーボン不織布などが用いられる。   The anode 11 and the cathode 12 were laminated on a catalyst layer made of a mixture of a catalyst in which a noble metal such as platinum is supported on porous carbon having high oxidation resistance and a polymer electrolyte having proton conductivity. It is comprised with the gas diffusion layer which has air permeability and electronic conductivity. As a general catalyst for the anode 11, a platinum-ruthenium alloy catalyst that suppresses poisoning by impurities (particularly carbon monoxide) contained in the fuel gas is used. As the gas diffusion layer, water-repellent carbon paper, carbon cloth, carbon non-woven fabric, or the like is used.

次に、セパレータ1の詳細な構成について説明する。セパレータ1には、アノード11に燃料ガスを供給・排出するアノード側セパレータ1aと、カソード12に酸化剤ガスを供給・排出するカソード側セパレータ1bがある。図2に示すように、単電池セルにおいては、アノード側セパレータ1aがアノード11側に、カソード側セパレータ1bがカソード12側に、それぞれ互いに対向するように配置される。   Next, a detailed configuration of the separator 1 will be described. The separator 1 includes an anode side separator 1 a that supplies and discharges fuel gas to the anode 11 and a cathode side separator 1 b that supplies and discharges oxidant gas to the cathode 12. As shown in FIG. 2, in the single battery cell, the anode side separator 1a is disposed on the anode 11 side, and the cathode side separator 1b is disposed on the cathode 12 side so as to face each other.

図1には、アノード側セパレータ1aを示す。アノード側セパレータ1aは、アノードマニホールド2a、2bと、カソードマニホールド3a、3bと、冷却流体マニホールド4a、4bと、ガス流路5と、アノードシール溝6と、カソードマニホールドシール溝7と、冷却流体マニホールドシール溝8とを有する。なお、セパレータ1は、カーボンや金属などの導電性材料により形成される。   FIG. 1 shows an anode-side separator 1a. The anode separator 1a includes anode manifolds 2a and 2b, cathode manifolds 3a and 3b, cooling fluid manifolds 4a and 4b, a gas flow path 5, an anode seal groove 6, a cathode manifold seal groove 7, and a cooling fluid manifold. And a seal groove 8. The separator 1 is made of a conductive material such as carbon or metal.

アノードマニホールド2a、2bは、燃料ガスをアノード11に供給・排出し、カソードマニホールド3a、3bは、酸化剤ガスをカソード12に供給・排出し、冷却流体マニホールド4a、4bは、発電と同時に発生する熱と熱交換して燃料電池を冷却する冷却流体を供給・排出する。   The anode manifolds 2a and 2b supply and discharge fuel gas to the anode 11, the cathode manifolds 3a and 3b supply and discharge oxidant gas to the cathode 12, and the cooling fluid manifolds 4a and 4b are generated simultaneously with power generation. Supply and discharge cooling fluid that heats and exchanges heat to cool the fuel cell.

ガス流路5には、燃料ガス流路5aと、酸化剤ガス流路5bとがある。燃料ガス流路5aは、アノード側セパレータ1aに形成されて、燃料ガスをアノード11およびアノードマニホールド2a、2bに供給・排出する。酸化剤ガス流路5bは、カソード側セパレータ1bに形成されて、酸化剤ガスをカソード12およびカソードマニホールド3a、3bに供給・排出する。さらに、アノード側セパレータ1aあるいはカソード側セパレータ1bには、冷却流体流路が形成され、冷却流体流路は燃料電池を冷却する冷却流体を供給・排出する。   The gas flow path 5 includes a fuel gas flow path 5a and an oxidant gas flow path 5b. The fuel gas channel 5a is formed in the anode side separator 1a, and supplies and discharges the fuel gas to and from the anode 11 and the anode manifolds 2a and 2b. The oxidant gas flow path 5b is formed in the cathode side separator 1b, and supplies / discharges the oxidant gas to the cathode 12 and the cathode manifolds 3a and 3b. Further, a cooling fluid channel is formed in the anode side separator 1a or the cathode side separator 1b, and the cooling fluid channel supplies / discharges a cooling fluid for cooling the fuel cell.

図1に示すように、アノードシール溝6は、アノードマニホールド2a、2bと、アノード側セパレータ1aにおいてアノード11に対向する部分(発電部分)とを囲むようにして形成され、アノードシール溝6内にはシール部材13、14が配置される。同様にして、カソードマニホールド3a、3bの周囲と冷却流体マニホールド4a、4bの周囲にも、それぞれ、カソードマニホールドシール溝7と冷却流体マニホールドシール溝8が形成されて、シール部材13、14が配置される。   As shown in FIG. 1, the anode seal groove 6 is formed so as to surround the anode manifolds 2a and 2b and a portion (power generation portion) facing the anode 11 in the anode side separator 1a. Members 13 and 14 are arranged. Similarly, the cathode manifold seal groove 7 and the cooling fluid manifold seal groove 8 are formed around the cathode manifolds 3a and 3b and the cooling fluid manifolds 4a and 4b, respectively, and the seal members 13 and 14 are arranged. The

次に、シール部材13、14について説明する。シール部材13、14は、電解質膜10の周縁部とセパレータ1a、1bとの間にあるシール溝に配置される。図2に示すように、電解質膜10の両面において、アノードシール部材13は、アノード側セパレータ1aに形成されたアノードシール溝6aの内部に、カソードシール部材14は、カソード側セパレータ1bに形成されたカソードシール溝6bの内部に、それぞれ配置される。アノードシール部材13は、アノード側セパレータ1aと電解質膜10の隙間を封止することにより燃料ガスをシールし、同様に、カソードシール部材14は、カソード側セパレータ1bと電解質膜10の隙間を封止することにより酸化剤ガスをシールする。このような構成により、燃料ガスおよび酸化剤ガスの混合や外部へのリークが防止される。これらシール部材13、14としては、ゴム状の弾性体を採用できるが、特に素材は限定されない。また、シール部材13、14には、シールとしての機能を保持するために必要な添加剤、軟化剤などが含まれ、さらに、射出成型などによりシールの形状を形成するために必要な可塑剤、添加剤、酸化防止剤および成型後に残ったこれらの反応物や分解物なども含まれる。   Next, the sealing members 13 and 14 will be described. The seal members 13 and 14 are disposed in a seal groove between the peripheral edge of the electrolyte membrane 10 and the separators 1a and 1b. As shown in FIG. 2, on both surfaces of the electrolyte membrane 10, the anode seal member 13 is formed in the anode seal groove 6a formed in the anode side separator 1a, and the cathode seal member 14 is formed in the cathode side separator 1b. Each is disposed inside the cathode seal groove 6b. The anode seal member 13 seals the fuel gas by sealing the gap between the anode side separator 1a and the electrolyte membrane 10. Similarly, the cathode seal member 14 seals the gap between the cathode side separator 1b and the electrolyte membrane 10. To seal the oxidant gas. With such a configuration, mixing of fuel gas and oxidant gas and leakage to the outside are prevented. As these sealing members 13 and 14, rubber-like elastic bodies can be adopted, but the material is not particularly limited. Further, the seal members 13 and 14 include additives and softeners necessary for maintaining the function as a seal, and further, a plasticizer necessary for forming a seal shape by injection molding or the like, Additives, antioxidants, and these reactants and decomposition products remaining after molding are also included.

これらの含有物の中には、燃料電池の発電反応を阻害する被毒物質となる不純物が含まれる場合があり、この不純物が電極を被毒して発電性能を低下させる可能性がある。特に、シール部材に軟化剤として添加されるオイル状の物質は、アノード11やカソード12を被毒して、燃料電池の電圧低下の原因となる場合がある。ここでいう不純物とは、燃料電池の発電反応を阻害する物質を意味し、シール部材13、14に含まれる配合剤や、シール部材13、14を形成する際に発生・混入する不純物のことを指す。   These inclusions may contain impurities that are poisonous substances that inhibit the power generation reaction of the fuel cell, and these impurities may poison the electrodes and reduce power generation performance. In particular, an oily substance added as a softening agent to the sealing member may poison the anode 11 and the cathode 12 and cause a voltage drop in the fuel cell. The term “impurity” as used herein means a substance that inhibits the power generation reaction of the fuel cell, and refers to a compounding agent contained in the seal members 13 and 14 and impurities generated and mixed when forming the seal members 13 and 14. Point to.

次に、溝部9について説明する。溝部9は、セパレータ1a、1bにおいて、セパレータ1a、1bの厚み方向から見て、シール部材13、14が配置される部分より周縁部側に形成される。溝部9は、シール溝6a、6bに配置されたシール部材13、14から排出される不純物を溝部9の内部へ浸入させて、溝部9を通してセパレータ1a、1bの外部に排出する。これらシール部材13、14に含まれる不純物は、シール部材13、14から染み出た後、セパレータ1a、1bに形成された溝部9に排出される。その排出原理については以降で説明する。   Next, the groove part 9 will be described. In the separators 1a and 1b, the groove portion 9 is formed on the peripheral side from the portion where the seal members 13 and 14 are disposed when viewed from the thickness direction of the separators 1a and 1b. The groove portion 9 allows impurities discharged from the seal members 13 and 14 disposed in the seal grooves 6a and 6b to enter the inside of the groove portion 9 and discharges the impurities to the outside of the separators 1a and 1b through the groove portion 9. Impurities contained in the sealing members 13 and 14 ooze out from the sealing members 13 and 14 and are then discharged into the groove portions 9 formed in the separators 1a and 1b. The discharge principle will be described later.

ここで、溝部9による不純物の排出原理を説明する。図2に示すように、本実施の形態1のセパレータ1a、1bは、シール部材13、14から溝部9a、9bまでの距離d2が、シール部材13、14からアノード11、カソード12までの距離d1よりも短くなるように構成されている。このような構成によれば、シール部材13、14と、アノード11、カソード12および溝部9a、9bとの隙間において、それぞれの隙間に発生する毛管現象、重力、分子間力に差異が生じ、不純物がシール部材13、14から溝部9a、9bに向かって流れる推進力が発生する。したがって、不純物は、アノード11、カソード12側よりも溝部9a、9b側へより多く流れる。さらに、溝部9a、9bの底面と電解質膜10の表面との間隔t1は、シール部材13、14からアノード11、カソード12の端部までの領域におけるセパレータ1a、1bの表面と電解質膜10の表面との間隔t2よりも大きく、このことも、不純物がシール部材13、14から溝部9a、9bへ流れる推進力を発生させる要因となっている。   Here, the principle of discharging impurities by the groove 9 will be described. As shown in FIG. 2, in the separators 1a and 1b according to the first embodiment, the distance d2 from the sealing members 13 and 14 to the grooves 9a and 9b is the distance d1 from the sealing members 13 and 14 to the anode 11 and the cathode 12. It is comprised so that it may become shorter. According to such a configuration, in the gaps between the seal members 13 and 14 and the anode 11, the cathode 12, and the grooves 9 a and 9 b, differences occur in capillary action, gravity, and intermolecular force that occur in the gaps. Propulsive force flows from the seal members 13 and 14 toward the grooves 9a and 9b. Therefore, more impurities flow to the groove portions 9a and 9b than to the anode 11 and cathode 12 side. Further, the distance t1 between the bottom surfaces of the grooves 9a and 9b and the surface of the electrolyte membrane 10 is such that the surfaces of the separators 1a and 1b and the surface of the electrolyte membrane 10 in the region from the seal members 13 and 14 to the ends of the anode 11 and cathode 12 This is also a factor that generates a propulsive force in which impurities flow from the seal members 13 and 14 to the grooves 9a and 9b.

また、溝部9a、9bを外部に連通させることにより、シール部材13、14から発生した不純物を外部に排出することができ、燃料電池の系外へ不純物を隔離するので、不純物が燃料電池に逆流することを防止することができる。   Further, by making the grooves 9a and 9b communicate with the outside, impurities generated from the seal members 13 and 14 can be discharged to the outside, and the impurities are isolated out of the fuel cell system, so that the impurities flow back to the fuel cell. Can be prevented.

次に、燃料電池スタックおよびそこで発生する反応について説明する。燃料電池スタックは、上記構成のMEAおよびセパレータ1a、1bからなる単電池セルを複数積層し、両端に電流を取り出すために集電体を配置して、絶縁体を介して端板を配置し、締結することにより作成される。スタックの周囲には、外部への放熱を防止して排熱回収効率を高めるために、断熱材が配置される。   Next, the fuel cell stack and the reaction occurring there will be described. The fuel cell stack is formed by laminating a plurality of unit cells composed of the MEA and the separators 1a and 1b having the above-described configuration, disposing current collectors at both ends, disposing end plates via insulators, Created by fastening. A heat insulating material is disposed around the stack in order to prevent heat radiation to the outside and increase the exhaust heat recovery efficiency.

そして、アノード11側に水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、カソード12側に大気中の酸素を含む空気(酸化剤ガス)を供給する酸化剤ガス供給手段と、スタックを冷却し、スタックで発生する熱と熱交換する冷却流体を供給する冷却流体供給手段とが接続される。これにより、複数の単電池セルが積層された燃料電池発電システムが完成する。   Then, a fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode 11 side, an oxidant gas supply means for supplying air (oxidant gas) containing oxygen in the atmosphere to the cathode 12 side, and the stack are cooled. The cooling fluid supply means for supplying the cooling fluid that exchanges heat with the heat generated in the stack is connected. Thereby, a fuel cell power generation system in which a plurality of unit cells are stacked is completed.

ここで、燃料ガス供給手段の構成について説明する。燃料ガス供給手段は、都市ガスなどの原料ガスから付臭剤として含まれている触媒毒となる硫黄化合物を除去する脱硫部と、脱硫した原料ガスの流量を制御する原料ガス供給部と、脱硫した原料ガスを水蒸気改質して水素を含有する燃料ガスを生成する改質部と、改質部で発生した一酸化炭素を変成して一酸化炭素の濃度を低減するCO変成部と、さらに燃料ガス中に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去するCO除去部とで構成される。CO除去部には、大気中の空気が供給されている。   Here, the configuration of the fuel gas supply means will be described. The fuel gas supply means includes a desulfurization unit that removes a sulfur compound that becomes a catalyst poison contained as an odorant from a source gas such as city gas, a source gas supply unit that controls the flow rate of the desulfurized source gas, and a desulfurization unit. A reforming section for steam-reforming the raw material gas to produce a fuel gas containing hydrogen, a CO conversion section for modifying the carbon monoxide generated in the reforming section to reduce the concentration of carbon monoxide, and It is comprised with the CO removal part which selectively oxidizes and removes the carbon monoxide contained in fuel gas. Air in the atmosphere is supplied to the CO removal unit.

ここで、例えば原料ガスにメタンを用いた場合、改質部では、水蒸気を伴って化学式1、化学式2に示した反応が起こり、水素が発生する。

Figure 2012182064
Figure 2012182064
Here, for example, when methane is used as the raw material gas, the reaction shown in Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 occurs with water vapor in the reforming unit, and hydrogen is generated.
Figure 2012182064
Figure 2012182064

なお、改質部で起こる全反応をまとめると化学式3に示す反応が行われる。

Figure 2012182064
In addition, when all the reactions that occur in the reforming part are summarized, the reaction shown in Chemical Formula 3 is performed.
Figure 2012182064

しかし、改質部で生成した改質ガス中には水素以外に10%程度の一酸化炭素が含まれる。そして、一酸化炭素は、燃料電池の運転温度域においてアノード11に含まれる触媒を被毒し、その触媒活性を低下させる。そこで、化学式2の反応式に示すように、改質部で発生した一酸化炭素をCO変成部で二酸化炭素に変成する。これにより、一酸化炭素の濃度が約5000ppmまで減少する。   However, the reformed gas generated in the reforming section contains about 10% carbon monoxide in addition to hydrogen. Carbon monoxide poisons the catalyst contained in the anode 11 in the operating temperature range of the fuel cell, and reduces its catalytic activity. Therefore, as shown in the reaction formula of Chemical Formula 2, carbon monoxide generated in the reforming section is converted to carbon dioxide in the CO conversion section. This reduces the concentration of carbon monoxide to about 5000 ppm.

さらに、濃度が低減した一酸化炭素を、CO除去部で、化学式4で示す反応により、大気中から取り込んだ酸素を用いて選択的に酸化する。これにより、一酸化炭素の濃度を、アノード11の触媒の触媒活性の低下を抑制できる約10ppm以下まで減少させることができる。

Figure 2012182064
Further, the carbon monoxide having a reduced concentration is selectively oxidized at the CO removal unit using oxygen taken from the atmosphere by the reaction represented by Chemical Formula 4. As a result, the concentration of carbon monoxide can be reduced to about 10 ppm or less that can suppress a decrease in the catalytic activity of the catalyst of the anode 11.
Figure 2012182064

また、発電中、大気から取り込んだ空気をアノード11に供給し、燃料ガス供給手段で生成した水素ガスに1〜2%程度の空気を混合(エアブリード)することにより、わずかに残る一酸化炭素の影響をさらに軽減させることができる。   Further, during power generation, air taken from the atmosphere is supplied to the anode 11, and about 1-2% of air is mixed with the hydrogen gas generated by the fuel gas supply means (air bleed), so that a slight amount of carbon monoxide remains. Can be further reduced.

次に、酸化剤ガス供給手段について説明する。酸化剤ガス供給手段は、酸化剤ガスの流量を制御する酸化剤ガス流量制御手段と、酸化剤ガス中の不純物を除去する不純物除去手段と、酸化剤ガスを加湿する加湿器とで構成される。   Next, the oxidant gas supply means will be described. The oxidant gas supply unit includes an oxidant gas flow rate control unit that controls the flow rate of the oxidant gas, an impurity removal unit that removes impurities in the oxidant gas, and a humidifier that humidifies the oxidant gas. .

ここで、酸化剤ガスとは、少なくとも酸素を含む(あるいは酸素を供給することのできる)ガスの総称であり、例えば大気(空気)が利用される。   Here, the oxidant gas is a general term for gases containing at least oxygen (or capable of supplying oxygen). For example, the atmosphere (air) is used.

次に、冷却手段について説明する。冷却手段は、スタックを冷却する冷却流体を貯える冷却流体タンクと、冷却流体を供給する冷却流体ポンプと、冷却流体流路を有し、燃料電池で発生した熱と熱交換した冷却流体とさらに熱交換して熱水を生成する熱交換器とで構成される。   Next, the cooling means will be described. The cooling means includes a cooling fluid tank that stores a cooling fluid that cools the stack, a cooling fluid pump that supplies the cooling fluid, a cooling fluid flow path, and a cooling fluid that exchanges heat with the heat generated in the fuel cell and further heat. It is comprised with the heat exchanger which exchanges and produces | generates hot water.

次に、以上説明した上記構成のセパレータを用いた燃料電池発電システムの発電時の動作について説明する。まず、アノード11に燃料ガス、カソード12に酸化剤ガスを供給して、燃料電池に負荷を接続する。これによって、燃料ガス中の水素は、化学式5で示すようにアノード11の触媒層と電解質膜10の界面で電子を放出して水素イオンとなる。

Figure 2012182064
Next, an operation during power generation of the fuel cell power generation system using the separator having the above-described configuration will be described. First, fuel gas is supplied to the anode 11 and oxidant gas is supplied to the cathode 12, and a load is connected to the fuel cell. As a result, the hydrogen in the fuel gas emits electrons at the interface between the catalyst layer of the anode 11 and the electrolyte membrane 10 and becomes hydrogen ions, as shown in Chemical Formula 5.
Figure 2012182064

そして、放出された水素イオンは、電解質膜10を通ってカソード12へと移動し、カソード12の触媒層と電解質膜10の界面で電子を受け取る。このとき、カソード12に供給された酸化剤ガス中の酸素と反応して、化学式6で示すように水を生成する。

Figure 2012182064
The released hydrogen ions move to the cathode 12 through the electrolyte membrane 10 and receive electrons at the interface between the catalyst layer of the cathode 12 and the electrolyte membrane 10. At this time, it reacts with oxygen in the oxidant gas supplied to the cathode 12 to generate water as shown in Chemical Formula 6.
Figure 2012182064

上記反応をまとめると化学式7に示す反応が行われる。

Figure 2012182064
Summarizing the above reactions, the reaction shown in Chemical Formula 7 is carried out.
Figure 2012182064

そして、負荷を流れる電子の流れを直流の電気エネルギーとして利用できる。また、上記一連の反応は発熱反応であるため、燃料電池で発生した熱を、冷却流体流路から供給される冷却流体により熱交換して回収することにより、熱水などの熱エネルギーとして利用することができる。   The flow of electrons flowing through the load can be used as direct current electric energy. In addition, since the series of reactions described above is an exothermic reaction, the heat generated in the fuel cell is used as heat energy such as hot water by collecting and exchanging heat with the cooling fluid supplied from the cooling fluid flow path. be able to.

(実施例)
次に、シール部材13、14中に不純物が含まれる燃料電池の発電時の挙動について確認試験を行った。具体的には、燃料電池の電池電圧を検出するための電圧検出手段を接続し、以下で示す実施例と比較例1、2を比較した。実施例として、実際に上記本発明の実施の形態1の溝部9を形成したセパレータ1を用いた燃料電池発電システムを発電させ、電圧検出手段により電池電圧を測定した結果を記載する。また、シール部材13、14中に含まれる不純物による発電性能への影響を調べるため、比較例1として、溝部9の形成されていないセパレータ1を用いて作成したスタックを搭載した燃料電池発電システムの測定結果を記載する。同様に、比較例2として、不純物の溶出の少ないフッ素樹脂からなるシール部材13、14を用いて作成したスタックを搭載した燃料電池発電システムの測定結果を記載する。
(Example)
Next, a confirmation test was performed on the behavior of the fuel cell in which impurities are contained in the seal members 13 and 14 during power generation. Specifically, a voltage detection means for detecting the battery voltage of the fuel cell was connected, and the following examples and comparative examples 1 and 2 were compared. As an example, the result of actually generating power in the fuel cell power generation system using the separator 1 in which the groove portion 9 of the first embodiment of the present invention is formed and measuring the cell voltage by the voltage detection means will be described. Further, in order to investigate the influence of impurities contained in the seal members 13 and 14 on the power generation performance, as a comparative example 1, a fuel cell power generation system equipped with a stack prepared using the separator 1 in which the groove 9 is not formed is mounted. Describe the measurement results. Similarly, as Comparative Example 2, a measurement result of a fuel cell power generation system equipped with a stack created using seal members 13 and 14 made of a fluororesin with less impurity elution is described.

このとき、アノード11側に供給する燃料ガスの利用率は70%、露点は約55℃、カソード12側に供給する酸化剤ガスの利用率は50%、露点は約0℃とした。そして、流れる電流を一定にするため、アノード11およびカソード12の電極面積に対し電流密度が0.2A/cmとなるように負荷を制御した。また、燃料電池を冷却する冷却流体は、燃料電池冷却流体流路入口マニホールドの近傍で約60℃、燃料電池冷却流体流路出口マニホールドの近傍で約70℃となるように流量を制御した。 At this time, the utilization rate of the fuel gas supplied to the anode 11 side was 70%, the dew point was about 55 ° C., the utilization rate of the oxidant gas supplied to the cathode 12 side was 50%, and the dew point was about 0 ° C. In order to make the flowing current constant, the load was controlled so that the current density was 0.2 A / cm 2 with respect to the electrode areas of the anode 11 and the cathode 12. The flow rate of the cooling fluid for cooling the fuel cell was controlled to be about 60 ° C. near the fuel cell cooling fluid flow path inlet manifold and about 70 ° C. near the fuel cell cooling fluid flow path outlet manifold.

まず、実施例の燃料電池発電システムの発電性能は、比較例2の燃料電池発電システムとほぼ同等であり、顕著な電圧低下は見られなかった。   First, the power generation performance of the fuel cell power generation system of the example was almost the same as that of the fuel cell power generation system of Comparative Example 2, and no significant voltage drop was observed.

次に、比較例1の燃料電池発電システムの発電性能は、実施例の燃料電池発電システムに比べて、電池電圧が低く、発電効率が低下していた。   Next, the power generation performance of the fuel cell power generation system of Comparative Example 1 was lower than that of the fuel cell power generation system of the example, and the power generation efficiency was reduced.

ここで、この発電効率が低下した燃料電池発電システムに搭載したスタックを解体し、溝部9を有さないセパレータ1、MEA、シール部材13、14を観察した。そうすると、シール部材13、14中に含まれるオイル状の鉱物油がMEAを構成するアノード11およびカソード12のガス拡散層の周縁部に染み込んでいることが分かった。オイル状の鉱物油がガス拡散層を被覆すれば、燃料ガスや酸化剤ガスが拡散しにくくなり、その下層にある触媒層も被毒を受けている可能性がある。このことから、不純物であるオイル状の鉱物油が原因でアノード11、カソード12の有効な発電面積が減少していること、およびこれにより電圧低下が発生したことを推測することができる。   Here, the stack mounted on the fuel cell power generation system in which the power generation efficiency was lowered was disassembled, and the separator 1, the MEA, and the seal members 13 and 14 having no groove 9 were observed. As a result, it was found that oily mineral oil contained in the seal members 13 and 14 permeates the peripheral portions of the gas diffusion layers of the anode 11 and the cathode 12 constituting the MEA. If the oil-like mineral oil covers the gas diffusion layer, it becomes difficult for the fuel gas and the oxidant gas to diffuse, and the catalyst layer in the lower layer may be poisoned. From this, it can be inferred that the effective power generation area of the anode 11 and the cathode 12 is reduced due to the oily mineral oil which is an impurity, and that a voltage drop has occurred due to this.

このように、本発明の実施の形態1のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、シール部材13、14が配置される部分より周縁部側に、複数の溝部9を有することにより、シール部材13、14から発生した不純物がシール部材13、14から溝部9a、9bに向かって流れる推進力が発生するため、不純物が溝部9a、9bから多く排出されて、発電を行う電極側に不純物が流れる量が削減される。また、溝部9a、9bの底面と電解質膜10の表面との間隔が、シール部材13、14からアノード11、カソード12の端部までの領域におけるセパレータ1a、1bの表面と電解質膜10の表面との間隔よりも大きいため、推進力がさらに増加している。これらのことにより、電極が不純物により被毒されることを抑制し、不純物が原因による電圧低下を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   As described above, according to the separator of Embodiment 1 of the present invention and the fuel cell using the separator, by providing the plurality of groove portions 9 on the peripheral edge side from the portion where the seal members 13 and 14 are disposed, Since the propulsion force that the impurities generated from the members 13 and 14 flow from the seal members 13 and 14 toward the grooves 9a and 9b is generated, a large amount of impurities are discharged from the grooves 9a and 9b, and impurities are generated on the electrode side that generates power. The amount of flow is reduced. Further, the distance between the bottom surfaces of the grooves 9a and 9b and the surface of the electrolyte membrane 10 is such that the surfaces of the separators 1a and 1b and the surface of the electrolyte membrane 10 in the region from the sealing members 13 and 14 to the ends of the anode 11 and the cathode 12 The propulsive force is further increased because of the larger interval. By these things, it can suppress that an electrode is poisoned with an impurity, the voltage fall by the cause of an impurity can be suppressed, and durability of a fuel cell can be improved.

また、本発明の実施の形態1のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、シール部材にある程度の不純物が含まれていたとしても、不純物による影響を軽減することができ、シール部材のシール性を保持したまま、流体の圧損を上昇させたり、燃料電池の温度を冷却することなく、シール溝に溝部を設けたごく簡単な構成で、シール部材に含まれる不純物が電極を被毒することを抑制することができ、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることができる。   Further, according to the separator of Embodiment 1 of the present invention and the fuel cell using the separator, even if the seal member contains a certain amount of impurities, the influence of the impurities can be reduced, and the seal of the seal member can be reduced. Impurities contained in the seal member poison the electrode with a very simple configuration in which the groove portion is provided in the seal groove without increasing the pressure loss of the fluid or cooling the temperature of the fuel cell while maintaining the properties. And the cost of the fuel cell power generation system can be reduced.

(実施の形態2)
図3に、本発明の実施の形態2のセパレータ1aを示す。図4は、本実施の形態2のセパレータ1aを用いた燃料電池の単電池セルの線B−B(図3参照)に沿った断面図である。実施の形態1では、溝部9a、9bとシール溝6a、6bとの間にセパレータ1a、1bが存在するのに対し、本実施の形態2では、図3に示すように、溝部9a、9bとシール溝6a、6bとの間に中間物が存在せず、溝部9a、9bの一端がシール溝6a、6bに接続されている。それ以外の構成要素は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a separator 1a according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB (see FIG. 3) of the unit cell of the fuel cell using the separator 1a of the second embodiment. In the first embodiment, the separators 1a and 1b exist between the groove portions 9a and 9b and the seal grooves 6a and 6b. In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the groove portions 9a and 9b There is no intermediate between the seal grooves 6a and 6b, and one ends of the groove portions 9a and 9b are connected to the seal grooves 6a and 6b. Since other components are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

ここで、溝部9a、9bによる不純物の排出原理について述べる。実施の形態1では、シール部材13、14から溝部9a、9bまでの距離がd2であるのに対し、本実施の形態2では、溝部9a、9bの一端がシール溝6a、6bに接続されているため、d2は0である。このような構成によれば、不純物がシール部材13、14から溝部9a、9bに向かって流れる推進力を発生させることができ、不純物が溝部9a、9bへ流れやすくなる。   Here, the principle of discharging impurities by the grooves 9a and 9b will be described. In the first embodiment, the distance from the seal members 13 and 14 to the groove portions 9a and 9b is d2. In the second embodiment, one end of the groove portions 9a and 9b is connected to the seal grooves 6a and 6b. Therefore, d2 is 0. According to such a configuration, it is possible to generate a driving force in which impurities flow from the seal members 13 and 14 toward the grooves 9a and 9b, and the impurities easily flow into the grooves 9a and 9b.

本実施の形態2のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、溝部9の一端がシール溝6に接続されていることにより、シール部材13、14から発生する不純物が、効率よく溝部9に移動することができ、不純物による電極の被毒を抑制することができる。   According to the separator of Embodiment 2 and the fuel cell using the separator, since one end of the groove portion 9 is connected to the seal groove 6, impurities generated from the seal members 13 and 14 are efficiently introduced into the groove portion 9. It can move and can suppress the poisoning of the electrode by an impurity.

(実施の形態3)
図5に、本発明の実施の形態3のセパレータ1aを示す。本実施の形態3のセパレータ1aは、溝部9がシール部材に沿って延在し、セパレータ1aの周縁部の端面より外側に連通した一続きとなるようにした点で、実施の形態2とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。また、セパレータ1aを用いた燃料電池の断面図についても、実施の形態1と同様であるため省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a separator 1a according to Embodiment 3 of the present invention. The separator 1a of the third embodiment is different from that of the second embodiment in that the groove 9 extends along the seal member and is continuous from the end surface of the peripheral edge of the separator 1a. Different. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. Further, the cross-sectional view of the fuel cell using the separator 1a is also the same as that of the first embodiment, and is omitted.

本実施の形態3のセパレータ1aでは、溝部9がシール部材に沿って一続きであるため、実施の形態2よりも不純物を排出できる面積が増加する。したがって、溝部9から排出される不純物の量が増加する。   In the separator 1a according to the third embodiment, since the groove 9 is continuous along the seal member, the area where impurities can be discharged is larger than that in the second embodiment. Therefore, the amount of impurities discharged from the groove 9 increases.

本実施の形態3のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、溝部9の形状を実施の形態1、2よりさらに簡素化できるとともに、不純物を排出できる面積が増加するため、さらに効率よく不純物を除去することができ、不純物による電極の被毒を防止することができる。   According to the separator of the third embodiment and the fuel cell using the same, the shape of the groove 9 can be further simplified than those of the first and second embodiments, and the area where impurities can be discharged increases, so that the impurities can be more efficiently produced. The electrode can be prevented from being poisoned by impurities.

また、図6に示すように、溝部9が、シール溝6の全周にわたって配置されている構成であっても良い。この場合も図5のセパレータ1aと同様の作用効果を奏する。   Moreover, as shown in FIG. 6, the structure by which the groove part 9 is arrange | positioned over the perimeter of the seal groove 6 may be sufficient. In this case, the same effect as the separator 1a of FIG.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4のセパレータ1aは、図7に示すように、不純物を外部に排出するための溝部9が、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に形成されるとともにシール溝6には接続されない、すなわち、溝部9のいずれの端部も、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に配置されているようにした点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 7, in the separator 1a according to the fourth embodiment of the present invention, a groove 9 for discharging impurities to the outside is formed inside the end surface of the peripheral edge of the separator 1a, and the seal groove 6 It is different from the first embodiment in that it is not connected, that is, any end of the groove 9 is arranged on the inner side of the end face of the peripheral edge of the separator 1a. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

ここで、本実施の形態4の溝部9は、図8に示すように、端面に沿って一体的に連続な形状としてもよい。   Here, as shown in FIG. 8, the groove portion 9 of the fourth embodiment may be formed integrally and continuously along the end surface.

本実施の形態4のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、溝部9のいずれの端部も、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に配置されているので、不純物がアノード11やカソード12とは隔離された状態となって、アノード11やカソード12に逆流することなく溝部に閉じ込められるので、燃料電池の外表面が不純物により汚染されることを防止することができる。   According to the separator of the fourth embodiment and the fuel cell using the same, any end of the groove 9 is disposed inside the end face of the peripheral edge of the separator 1a. Is isolated and is confined in the groove without flowing back to the anode 11 or the cathode 12, so that the outer surface of the fuel cell can be prevented from being contaminated by impurities.

また、溝部9全体の容積を不純物を滞留させるのに十分な容積とすることにより、不純物を外部に漏らすことなく溝部9の内側に滞留させて保持できるので、燃料電池の外部が不純物により汚染されることを防止することができる。   In addition, by making the entire volume of the groove 9 sufficient to retain impurities, the impurities can be retained and retained inside the groove 9 without leaking outside, so that the outside of the fuel cell is contaminated by impurities. Can be prevented.

(実施の形態5)
本発明の実施の形態5のセパレータ1aは、図9に示すように、溝部9の一端がシール溝6に接続しており、もう一方の一端がセパレータ1aの周縁部の端面より内側に形成されるようにした点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 9, the separator 1a according to the fifth embodiment of the present invention has one end of the groove portion 9 connected to the seal groove 6 and the other end formed inside the end surface of the peripheral edge of the separator 1a. This is different from the first embodiment. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態5のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、溝部9のいずれの端部も、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に配置されているので、不純物がアノード11やカソード12とは隔離された状態となり、アノード11やカソード12に逆流することなく溝部9に閉じ込められるので、燃料電池の外表面がシール部材から発生した不純物により汚染されることを防止することができる。   According to the separator of the fifth embodiment and the fuel cell using the same, any end of the groove 9 is disposed on the inner side of the end face of the peripheral edge of the separator 1a, so that the impurities are the anode 11 and the cathode 12. Is isolated and is confined in the groove 9 without flowing back to the anode 11 or the cathode 12, so that the outer surface of the fuel cell can be prevented from being contaminated by impurities generated from the seal member.

また、溝部9の一端が、シール溝6に接続しているので、シール部材から発生する不純物が効率よく、溝部9に移動することができるので、不純物による電極の被毒をさらに抑制することができる。   In addition, since one end of the groove 9 is connected to the seal groove 6, impurities generated from the seal member can be efficiently moved to the groove 9, thereby further suppressing electrode poisoning due to the impurities. it can.

(実施の形態6)
本発明の実施の形態6のセパレータ1aは、図10に示すように、溝部9が、シール部材に沿って延在し、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に配置された一続きの形状であるようにした点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 10, the separator 1 a according to the sixth embodiment of the present invention has a continuous shape in which the groove portion 9 extends along the seal member and is arranged on the inner side of the end surface of the peripheral portion of the separator 1 a. It is different from the first embodiment in that it is arranged. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態6のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、溝部9の形状を簡素化できるだけでなく、不純物を排出できる面積が増加するため、さらに効率よく不純物を除去することができ、不純物による電極の被毒を防止することができる。   According to the separator of Embodiment 6 and the fuel cell using the separator, not only can the shape of the groove 9 be simplified, but the area from which impurities can be discharged increases, so that impurities can be removed more efficiently. Electrode poisoning due to impurities can be prevented.

また、溝部9全体の容積を、不純物を滞留させるのに十分な容積とすることにより、不純物を外部に漏らすことなく溝部9の内側に滞留させて保持できるので、燃料電池の外部が不純物により汚染されることを防止することができる。   Further, by setting the entire volume of the groove 9 to a volume sufficient to retain the impurities, the impurities can be retained and retained inside the groove 9 without leaking outside, so that the outside of the fuel cell is contaminated by the impurities. Can be prevented.

(実施の形態7)
本実施の形態では、セパレータ1aは、不純物を蓄積する連通溝を有するが、以降、連通溝の一例であるバッファ部15について説明する。本発明の実施の形態7のセパレータ1aは、図11に示すように、複数の溝部9を連通するとともに個々の溝部9よりも大きな容積を有するバッファ部15を有し、溝部9の一端が、セパレータ1aの周縁部の端面より内側に配置されたバッファ部15に連通している点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 7)
In the present embodiment, the separator 1a has a communication groove for accumulating impurities. Hereinafter, the buffer unit 15 as an example of the communication groove will be described. As shown in FIG. 11, the separator 1 a according to the seventh embodiment of the present invention includes a buffer portion 15 that communicates a plurality of groove portions 9 and has a larger volume than each groove portion 9, and one end of the groove portion 9 is The embodiment is different from the first embodiment in that it communicates with the buffer portion 15 disposed on the inner side of the end face of the peripheral portion of the separator 1a. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態7のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、不純物を、溝部9を介してバッファ部15に閉じ込めることができるため、量が多い場合でも、不純物をアノード11やカソード12とは隔離された状態で保持することができる。   According to the separator of Embodiment 7 and the fuel cell using the separator, since the impurities can be confined in the buffer part 15 via the groove part 9, even if the amount is large, the impurities are separated from the anode 11 and the cathode 12. Can be kept isolated.

ここで、バッファ部15の容量は、不純物を滞留させるのに十分な容量とした。このように、バッファ部15全体の容積を不純物を滞留させるのに十分な容積とすることにより、不純物を外部に漏らすことなくバッファ部15の内側に滞留させて保持するので、燃料電池の外部が不純物により汚染されることを防止することができる。   Here, the capacity of the buffer unit 15 was set to a capacity sufficient to retain impurities. In this way, by setting the volume of the entire buffer unit 15 to a volume sufficient to retain the impurities, the impurities are retained and held inside the buffer unit 15 without leaking to the outside. It is possible to prevent contamination by impurities.

また、図12に示すように、バッファ部15に溜まった不純物を外部へ排出するために、バッファ部15の末端に、外部と連通した排出部16を設けてもよい。排出部16を設けることにより、不純物を燃料電池の系外へ隔離し、燃料電池へ逆流することを防止することができる。   Further, as shown in FIG. 12, in order to discharge impurities accumulated in the buffer unit 15 to the outside, a discharge unit 16 communicating with the outside may be provided at the end of the buffer unit 15. By providing the discharge part 16, it is possible to isolate impurities out of the fuel cell system and prevent them from flowing back to the fuel cell.

(実施の形態8)
図13は、重力方向の上から見た図である。本発明の実施の形態8のセパレータ1aは、図13に示すように、溝部9の他端が、シール溝6に接続される一端より重力方向の下側に配置した点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 8)
FIG. 13 is a top view of the direction of gravity. As shown in FIG. 13, the separator 1 a according to the eighth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the other end of the groove portion 9 is disposed below the one end connected to the seal groove 6 in the gravity direction. Is different. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態8のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、重力を利用することにより、不純物が自然に上から下へ向かって、溝部9やバッファ部15へ効率よく移動できるだけでなく、アノード11やカソード12への逆流をさらに防止することができる。   According to the separator of the eighth embodiment and the fuel cell using the separator, not only the impurities can be efficiently moved from the top to the bottom and efficiently into the groove 9 and the buffer 15 by using gravity. Back flow to the anode 11 and the cathode 12 can be further prevented.

また、図14に示すように、バッファ部15に溜まった不純物を外部へ排出するために、バッファ部15の末端に排出部16を設けてもよい。排出部16を設けることにより、不純物を燃料電池の系外へ隔離して、燃料電池へ逆流するのをさらに防止することができる。   Further, as shown in FIG. 14, a discharge portion 16 may be provided at the end of the buffer portion 15 in order to discharge impurities accumulated in the buffer portion 15 to the outside. By providing the discharge part 16, it is possible to further isolate impurities from the fuel cell system and prevent them from flowing back to the fuel cell.

(実施の形態9)
本発明の実施の形態9のセパレータ1aは、図15に示すように、溝部9およびバッファ部15に不純物吸着部材17を配置した点で、実施の形態1とは異なる。それ以外の構成要素は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 9)
The separator 1a according to the ninth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that an impurity adsorbing member 17 is disposed in the groove portion 9 and the buffer portion 15 as shown in FIG. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

ここで、不純物吸着部材17は、特に材質を限定するものではなく、除去したい不純物に応じて最適化することが好ましく、例えば、除去したい不純物がオイル状の物質の場合は、吸油剤を含む部材を使用することが好ましい。   Here, the material of the impurity adsorbing member 17 is not particularly limited, and is preferably optimized according to the impurity to be removed. For example, when the impurity to be removed is an oily substance, a member containing an oil absorbing agent. Is preferably used.

不純物吸着部材17は、溝部9あるいはバッファ部15の一部に配置するだけでもよく、厚み方向についても溝部9あるいはバッファ部15の一部でもよい。また、不純物吸着部材17は、予め推定した不純物の排出量に応じて厚みを設定しておくことが好ましく、形状についてはシート状のものが好ましい。   The impurity adsorbing member 17 may be disposed only in a part of the groove 9 or the buffer part 15, and may be a part of the groove 9 or the buffer part 15 in the thickness direction. The impurity adsorbing member 17 is preferably set to have a thickness according to the estimated impurity discharge amount, and the shape is preferably a sheet.

本発明の実施の形態9のセパレータおよびこれを用いた燃料電池によれば、不純物は、不純物吸着部材17の吸着力により溝部9あるいはバッファ部15に効率よく移動できるだけでなく不純物吸着部材17によって保持されるので、不純物がアノード11やカソード12に逆流することをさらに防止することができる。   According to the separator of Embodiment 9 of the present invention and the fuel cell using the separator, the impurities can be efficiently moved to the groove 9 or the buffer portion 15 by the adsorption force of the impurity adsorption member 17 and also retained by the impurity adsorption member 17. Therefore, it is possible to further prevent the impurities from flowing back to the anode 11 and the cathode 12.

なお、本発明は上述の構成に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、溝部9の深さは、シール溝6の深さより浅くても深くても良く、この場合でも同様の作用効果を発揮することができる。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned structure, It can implement in another various aspect. For example, the depth of the groove 9 may be shallower or deeper than the depth of the seal groove 6, and even in this case, the same effect can be exhibited.

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。   It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.

以上のように、本発明にかかるセパレータおよびこれを用いた燃料電池は、不純物を含有するシール部材を用いた燃料電池、燃料電池デバイス、燃料電池発電システム等の用途に適用できる。   As described above, the separator according to the present invention and the fuel cell using the separator can be applied to uses such as a fuel cell, a fuel cell device, and a fuel cell power generation system using a sealing member containing impurities.

1 セパレータ
2a、2b アノードマニホールド
3a、3b カソードマニホールド
4a、4b 冷却流体マニホールド
5 ガス流路
6、7、8 シール溝
9 溝部
10 電解質膜
11 アノード
12 カソード
13、14 シール部材
15 バッファ部
16 排出部
17 不純物吸着部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 2a, 2b Anode manifold 3a, 3b Cathode manifold 4a, 4b Cooling fluid manifold 5 Gas flow path 6, 7, 8 Seal groove 9 Groove part 10 Electrolyte membrane 11 Anode 12 Cathode 13, 14 Seal member 15 Buffer part 16 Exhaust part 17 Impurity adsorption member

Claims (15)

電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、
膜電極接合体を挟むように配置される一対のセパレータと、
電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルに用いられる燃料電池用セパレータであって、
セパレータの厚み方向から見て、シール部材が配置される部分より周縁部側に溝部を有する、燃料電池用セパレータ。
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane so as to expose a peripheral portion of the electrolyte membrane;
A pair of separators arranged so as to sandwich the membrane electrode assembly;
A separator for a fuel cell used in a unit cell having a seal member disposed between a peripheral portion of an electrolyte membrane and a separator and sealing a region where the electrode and the separator face each other,
A separator for a fuel cell, which has a groove portion on a peripheral side from a portion where a seal member is disposed when viewed from the thickness direction of the separator.
セパレータの厚み方向に直交する方向において、シール部材から溝部までの距離が、シール部材から電極までの距離よりも短い、請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein a distance from the seal member to the groove is shorter than a distance from the seal member to the electrode in a direction orthogonal to the thickness direction of the separator. セパレータの厚み方向に直交する方向において、シール部材から溝部までの距離が0である、請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein a distance from the seal member to the groove is 0 in a direction orthogonal to the thickness direction of the separator. 溝部の底面と電解質膜の表面との間隔が、シール部材から電極の端部までの領域におけるセパレータ表面と電解質膜の表面との間隔よりも大きい、請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The distance between the bottom surface of the groove and the surface of the electrolyte membrane is larger than the distance between the separator surface and the surface of the electrolyte membrane in the region from the seal member to the end of the electrode. Fuel cell separator. セパレータは、シール部材がその内側に配置されるシール溝を有し、溝部の一端がシール溝に接続されている、請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the separator has a seal groove in which a seal member is disposed, and one end of the groove portion is connected to the seal groove. 溝部の他端が、シール溝に接続される一端より重力方向の下側に配置されている、請求項5に記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to claim 5, wherein the other end of the groove portion is disposed below the one end connected to the seal groove in the direction of gravity. 溝部の一端が、セパレータの周縁部の端面より外側に連通している、請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein one end of the groove portion communicates with an outer side from an end face of a peripheral portion of the separator. 溝部が、シール部材に沿って延在し、セパレータの周縁部の端面より外側に連通した一続きの形状である、請求項1〜7のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7, wherein the groove portion has a continuous shape extending along the seal member and communicating outward from the end surface of the peripheral portion of the separator. 溝部のいずれの端部も、セパレータの周縁部の端面より内側に配置されている、請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6, wherein any end portion of the groove portion is disposed on an inner side than an end face of a peripheral portion of the separator. 溝部が、シール部材に沿って延在し、セパレータの周縁部の端面より内側に配置された一続きの形状である、請求項1〜6および9のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   10. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the groove portion has a continuous shape extending along the seal member and disposed on the inner side of the end surface of the peripheral portion of the separator. . セパレータは、複数の溝部を連通するとともに個々の溝部よりも大きな容積を有する連通溝をセパレータの周縁部の端面より内側にて有する、請求項1〜6、9、10のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   11. The separator according to claim 1, wherein the separator has a communication groove that communicates with the plurality of groove portions and has a volume larger than that of each groove portion on the inner side of the end surface of the peripheral edge portion of the separator. Fuel cell separator. 溝部に配置されるとともに、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を吸着する不純物吸着部材を有する、請求項1〜11のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 11, further comprising an impurity adsorbing member that is disposed in the groove and adsorbs impurities generated from a seal member that enters the groove. 連通溝に配置されるとともに、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を吸着する不純物吸着部材を有する、請求項11あるいは12に記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to claim 11 or 12, further comprising an impurity adsorbing member that is disposed in the communication groove and adsorbs impurities generated from a seal member that enters the groove. シール部材は、溝部内に浸入するシール部材より発生する不純物を含む、請求項1〜13のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 13, wherein the seal member includes impurities generated from the seal member that enters the groove. 請求項1〜14のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータと、
電解質膜と、電解質膜の周縁部を露出させるように電解質膜の両面に配置された一対の電極とを有する膜電極接合体と、
電解質膜の周縁部とセパレータとの間に配置され、電極とセパレータとが対向する領域を封止するシール部材と、を有する単電池セルを1以上含む燃料電池。
A fuel cell separator according to any one of claims 1 to 14,
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane so as to expose a peripheral portion of the electrolyte membrane;
A fuel cell including one or more unit cells each having a sealing member disposed between a peripheral portion of an electrolyte membrane and a separator and sealing a region where the electrode and the separator face each other.
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