JP2008171638A - Fuel cell separator - Google Patents
Fuel cell separator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008171638A JP2008171638A JP2007002594A JP2007002594A JP2008171638A JP 2008171638 A JP2008171638 A JP 2008171638A JP 2007002594 A JP2007002594 A JP 2007002594A JP 2007002594 A JP2007002594 A JP 2007002594A JP 2008171638 A JP2008171638 A JP 2008171638A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow path
- fuel cell
- flow
- sub
- flow paths
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータに関し、特に燃料電池用セパレータの流路構造に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell separator, and more particularly to a flow path structure of a fuel cell separator.
従来、固体高分子型の燃料電池の単セルは、電解質膜およびこれを挟持する一対の電極からなるMEA(Membrane Electrode Assembly)と、MEAを挟持する一対のセパレータと、で構成される(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a single cell of a polymer electrolyte fuel cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes that sandwich the electrolyte membrane, and a pair of separators that sandwich the MEA (for example, (See Patent Document 1).
特許文献1に記載のセパレータでは、MEA側の表面の凸部が電極に接触して導電通路を構成し、MEA側の表面の凹部が反応ガスの流路を構成する。この凹部は複数が平行に延在しており、反応ガスの流路として複数のストレート流路を構成する。ストレート流路よりも小さな断面積のクロス流路が凸部に溝状に形成されており、このクロス流路によって、互いに隣接するストレート流路間が連連される。かかるセパレータによれば、クロス流路を介してストレート流路間で反応ガスが流れるようになり、フラッディングによるストレート流路の閉塞の抑制が期待される。
このような特許文献1では、クロス流路のピッチや長さについてストレート流路と比較したものが検討されているものの、クロス流路での反応ガスの流れ易さについては十分に検討されておらず、更なる改善が求められていた。
In such a
本発明は、流路間の流体の流れ易さを向上できる燃料電池用セパレータを提供することを目的としている。 An object of this invention is to provide the separator for fuel cells which can improve the ease of the flow of the fluid between flow paths.
上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池用セパレータは、第1の断面積を有する第1の流路と、第1の流路に隣接し、第2の断面積を有する第2の流路と第1及び第2の流路間を流体が流れるように第1及び第2の流路間を連通する第3の流路であって、第1及び第2の断面積より小さい第3の断面積を有する第3の流路と、を備える。そして、第3の流路は、流体の差圧が生じる地点間を連通する。 In order to achieve the above object, a fuel cell separator of the present invention includes a first flow path having a first cross-sectional area, and a second flow having a second cross-sectional area adjacent to the first flow path. A third flow path that communicates between the first and second flow paths so that fluid flows between the path and the first and second flow paths, and is smaller than the first and second cross-sectional areas. A third flow path having a cross-sectional area of The third flow path communicates between points where the fluid pressure difference occurs.
この構成によれば、第3の流路では、第1の流路及び第2の流路を連通する地点のうち圧力の高い地点から、圧力の低い地点へと流体が流れるようになる。このような連通態様を採用することで、第1及び第2の流路の一方から他方への流体の流れが促進されるので、第1及び第2の流路間での流体の流れ易さが向上する。また、第3の流路の断面積が第1及び第2の流路に比べて小さいので、第1及び第2の流路における流体の流れを適切に確保できる。 According to this configuration, in the third flow path, the fluid flows from a point having a high pressure to a point having a low pressure among the points communicating with the first flow path and the second flow path. By adopting such a communication mode, the flow of fluid from one of the first and second flow paths to the other is promoted, so that the fluid easily flows between the first and second flow paths. Will improve. In addition, since the cross-sectional area of the third flow path is smaller than that of the first and second flow paths, the fluid flow in the first and second flow paths can be appropriately ensured.
好ましくは、第3の流路は、第1及び第2の流路に対して傾斜するとよい。 Preferably, the third channel is inclined with respect to the first and second channels.
こうすることで、複雑な構成をとることなく、流体の差圧が生じる地点間を第3の流路で簡易に連通できる。 By doing so, the third flow path can be easily communicated between the points where the differential pressure of the fluid occurs without taking a complicated configuration.
上記目的を達成するべく、本発明の他の燃料電池用セパレータは、互いに平行に延在すると共に隣接する第1及び第2の流路と、第1及び第2の流路間を流体が流れるように第1及び第2の流路間を連通する第3の流路と、備える。そして、第3の流路は、第1及び第2の流路に対して、傾斜し且つ小なる断面積を有する。 In order to achieve the above object, another fuel cell separator according to the present invention extends in parallel with each other and fluid flows between adjacent first and second flow paths and the first and second flow paths. And a third flow path communicating between the first and second flow paths. The third flow path is inclined and has a small cross-sectional area with respect to the first and second flow paths.
この構成によれば、第3の流路が第1及び第2の流路に対して傾斜するので、流体の差圧が生じる地点間を第3の流路で連通できる。これにより、上記した本発明と同様に、第3の流路を介した第1及び第2の流路間での流体の流れ易さを向上できる。また、第1、第2及び第3の流路の断面積の関係により、第1及び第2の流路での流体の流れを適切に確保できる。 According to this configuration, since the third flow path is inclined with respect to the first and second flow paths, the third flow path can communicate between the points where the differential pressure of the fluid occurs. Thereby, like the above-mentioned this invention, the easiness of the flow of the fluid between the 1st and 2nd flow paths via a 3rd flow path can be improved. Further, the flow of fluid in the first and second flow paths can be appropriately ensured by the relationship between the cross-sectional areas of the first, second, and third flow paths.
好ましくは、第3の流路は、第1の流路に直接開放する第1の開口端面と、第2の流路に直接開放する第2の開口端面と、を有するとよい。そして、第1の開口端面は、第1及び第2の流路における流体の流れ方向において、第2の開口端面よりも上流側に位置し、且つ、第2の開口端面よりも断面積が大きいとよい。 Preferably, the third flow path may have a first opening end face that opens directly to the first flow path and a second opening end face that opens directly to the second flow path. The first opening end face is located upstream of the second opening end face in the fluid flow direction in the first and second flow paths, and has a larger cross-sectional area than the second opening end face. Good.
この構成によれば、第1の開口端面が第2の開口端面よりも上流側に位置するので、第1の流路から第3の流路を介して第2の流路へと流体が流れ易くなる。しかも、第1の開口端面よりも断面積が小さい第2の開口端面で流体の流れが加速するので、より一層、第3の流路を介した第1及び第2の流路間での流体の流れ易さを向上できる。 According to this configuration, since the first opening end face is located upstream of the second opening end face, the fluid flows from the first flow path to the second flow path via the third flow path. It becomes easy. In addition, since the fluid flow is accelerated at the second opening end surface having a smaller cross-sectional area than the first opening end surface, the fluid between the first and second channels via the third channel is further increased. The ease of flow can be improved.
ここで、一般に、燃料電池では、酸化ガスと燃料ガスとの反応により、カソード側に水が生成される。上記の第1、第2及び第3の流路を流れる流体が酸化ガスである場合、第1、第2及び第3の流路の下流側ほど、生成水が溜まり易い。 Here, in general, in a fuel cell, water is generated on the cathode side by a reaction between an oxidizing gas and a fuel gas. When the fluid flowing through the first, second, and third flow paths is an oxidant gas, the generated water is more likely to accumulate on the downstream side of the first, second, and third flow paths.
そこで、第3の流路は、第1及び第2の流路における流体の流れ方向において、上流側よりも下流側の方が間隔が狭くなるように、第1及び第2の流路間を複数個所で連通するとよい。 Therefore, the third flow path has a gap between the first and second flow paths so that the distance is narrower on the downstream side than on the upstream side in the fluid flow direction in the first and second flow paths. It is good to communicate in several places.
こうすることで、特に流体が酸化ガスである場合に、生成水が効果的に排出されるようになる。 By doing so, the generated water is effectively discharged particularly when the fluid is an oxidizing gas.
本発明の一態様によれば、燃料電池用セパレータは、金属で形成されていることが、好ましい。例えば、燃料電池用セパレータは、板金をプレス成形することにより形成されるとよい。 According to one aspect of the present invention, the fuel cell separator is preferably formed of metal. For example, the fuel cell separator may be formed by press-molding a sheet metal.
本発明の燃料電池用セパレータによれば、第3の流路を介した流路間の流体の流れ易さを向上できる。 According to the fuel cell separator of the present invention, it is possible to improve the ease of fluid flow between the flow paths via the third flow path.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池用セパレータについて、燃料電池車両に好適な固体高分子型の燃料電池を例に説明する。 Hereinafter, a fuel cell separator according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings by taking a solid polymer fuel cell suitable for a fuel cell vehicle as an example.
図1は、燃料電池の斜視図である。
燃料電池1は、基本単位である多数の単セル2を積層した積層スタック構造を有する。燃料電池1は、スタック構造の両端に位置する単セル2の外側に、順次、出力端子4付きの集電板5、絶縁板6およびエンドプレート7を配置して構成される。燃料電池1は、例えば、両エンドプレート7、7間を架け渡すようにして設けられたテンションプレートが各エンドプレート7、7にボルト固定されることで、単セル2の積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となる。
FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell.
The
図2は、単セル2を示す断面図である。
単セル2は、MEA11と、これを挟持する一対のセパレータ12A、12Bと、を備える。MEA11は、イオン交換膜からなる電解質膜15と、電解質膜15を挟んだ一対の電極(アノードおよびカソード)16A,16Bと、で構成される。燃料電池1では、通常、セパレータ12A、MEA11、セパレータ12B、セパレータ12A,MEA11、セパレータ12B、・・・がこの順で積層される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
The
各電極16A,16Bは、拡散層51及び触媒層52で構成される。拡散層51は、セパレータ12A又は12Bに面し、例えば多孔質のカーボン素材で構成される。拡散層51は、流体を通過させる機能と、触媒層52およびセパレータ12A,12Bを導通させる機能とを有する導電体である。触媒層52は、拡散層51に結着されて電解質膜15に面する。触媒層52の触媒としては、例えば白金が好適に用いられる。
Each of the
セパレータ12A,12Bは、平面視矩形状に形成された部材であり、いずれも図示省略したが、燃料ガスの出入口、酸素ガスの出入口、および冷媒の出入口が貫通形成されている。燃料ガスは、セパレータ12Aのガス流路21Aを介して電極(アノード)16Aに供給される。酸素ガスは、セパレータ12Bのガス流路21Bを介して電極(カソード)16Bに供給される。
The separators 12 </ b> A and 12 </ b> B are members formed in a rectangular shape in plan view, both of which are not shown, but a fuel gas inlet / outlet port, an oxygen gas inlet / outlet port, and a refrigerant inlet / outlet port are formed therethrough. The fuel gas is supplied to the electrode (anode) 16A through the
ここで、燃料ガスとは、水素を含む水素ガス(アノードガス)を意味する。また、酸素ガスとは、酸素を代表とする酸化剤を含有するガス(カソードガス)を意味する。水素ガスおよび酸素ガスは、一般に反応ガスと総称される。 Here, the fuel gas means hydrogen gas containing hydrogen (anode gas). The oxygen gas means a gas (cathode gas) containing an oxidant typified by oxygen. Hydrogen gas and oxygen gas are generally collectively referred to as reaction gases.
セパレータ12A,12Bは、ガス不透過の導電性材料で構成される。例えば、カーボンのほか、アルミニウム、ステンレス、ニッケル合金、チタンなどの金属、又は導電性を有する樹脂で構成される。
The
本実施形態のセパレータ12A,12Bは、略一定の厚みの薄い板金をプレス成形することにより、表裏各面に直線上の凹部と凸部とが交互に連続した構造を有する。それゆえ、セパレータ12Aの一方の面で、流体(水素ガス又は冷媒)の流路として機能する凹部は、他方の面で、隣接する流路間の仕切りとして機能する凸部となる。この点、セパレータ12Bも同様である。
具体的には、凹部及び凸部によって、セパレータ12Aは、表面にガス流路21Aを有し且つ裏面に冷媒流路22Aを有し、セパレータ12Bは、表面にガス流路21Bを有し且つ裏面に冷媒流路22Bを有している。なお、凸部はリブ又は凸リブと換言でき、また、凹部は溝又は凹溝と換言できる。
Specifically, the
ガス流路21A、21B、並びに冷媒流路22A、22Bは、いずれも、複数のストレート流路であるメイン流路と、隣接するストレート流路間を流体が流れるように連通するサブ流路と、からなる。
Each of the
詳細には、ガス流路21Aは、メイン流路71A及びサブ流路72Aからなる。また、ガス流路21Bはメイン流路71B及びサブ流路72Bからなり、冷媒流路22Aはメイン流路81A及びサブ流路82Aからなり、さらに、冷媒流路22Bはメイン流路81B及びサブ流路82Bからなる。隣接する単セル2,2間では、冷媒のメイン流路81Aとメイン流路81Bとがセル積層方向視で略一致して、例えば六角形である多角形の空間を画成する。なお、サブ流路72Aとサブ流路72Bとは、MEA11を挟んでセル積層方向において位置ずれすることなく対向するとよい。かかる位置関係に設定することで、単セル2を積層化する上で有用となる。
Specifically, the
これらのメイン流路とサブ流路とは、流れる流体こそ違うものの、本発明に特有の共通の構造を有している。ここでは、重複した説明を省略するため、ガス流路21Aのメイン流路71A及びサブ流路72Aの構造を中心にセパレータ12Aについて詳述する。
The main flow path and the sub flow path have a common structure peculiar to the present invention although the flowing fluids are different. Here, in order to omit redundant description, the
セパレータ12Aは、上記したプレス成形により、電極16Aに対して凸となる凸部91Aと、電極16Aに対して凹となる凹部92Aと、を交互に複数有する。凸部91Aの頂面は、電極16Aに面接触する。
The
メイン流路71Aは、凹部92Aにより構成される。メイン流路71Aは複数あり、その複数が一方向に互いに平行に且つ等ピッチで延在する。各メイン流路71Aは、延在方向の一端から水素ガスが導入され、且つ延在方向の他端へと水素ガスが導出される。これにより、メイン流路71Aでは、セパレータ12Aに貫通形成された燃料ガスの入口から出口に向けて燃料ガスが流れるようになる。
The
サブ流路72Aは、隣接するメイン流路71A、71Aの間に位置し、メイン流路71A、71A同士の間で水素ガスが流れるように、メイン流路71A、71A同士を連通する。サブ流路72Aは、燃料電池1内における水素ガスの流れにおいて、補助的な役割を果たすものであり、補助流路又はクロス流路と換言することができる。したがって、サブ流路72Aを流れる水素ガスは、メイン流路71Aを流れる水素ガスと比べて、単セル2の発電に寄与する量は低い。
The sub-channel 72A is located between the adjacent
サブ流路72Aは、凸部91Aの一部を横断するように溝状に形成され、電極16Aに対し凹となっている(図3の72A2-3も参照)。なお、凸部91Aと表裏反転の関係にある凹部との関係でサブ流路72Aを表現すれば、サブ流路72Aはこの凹部の底部背面の一部を凹状に形成することにより構成されたものであるといえる。凸部91Aと表裏反転の関係にある凹部は、冷媒流路22Aのメイン流路81Aを構成する。
図3及び図4を参照して、本発明の特徴部分についてガス流路21Aを例に更に詳述する。
複数のメイン流路71Aは、メイン流路71A1、71A2、71A3を含むものである。ここでは、説明の便宜上、符号71Aに添え字を付すが、各メイン流路71A1、71A2、71A3は、同じ構造からなる。
With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the characteristic portion of the present invention will be further described in detail by taking the gas flow path 21 </ b> A as an example.
A plurality of
サブ流路72A(第3の流路)は、サブ流路72A1-2、サブ流路72A2-3を含むものである。ここでも、説明の便宜上、符号72Aに添え字を付すが、各サブ流路72A1-2、72A2-3は同じ構造からなる。
The sub-channel 72A (third channel) includes a sub-channel 72A 1-2 and a sub-channel 72A 2-3 . Here, for convenience of explanation, a subscript is added to the
サブ流路72A1-2は、メイン流路71A1、71A2間をその延在方向における複数箇所で連通する。同様に、サブ流路72A2-3は、メイン流路71A2、71A3間をその延在方向における複数箇所で連通する。図3は二つのサブ流路72A2-3を示し、図4は、それぞれ3つのサブ流路72A1-2、72A2-3を示している。なお、サブ流路72A1-2、72A2-3の数は任意であるが、ここではそれぞれ複数としている。
複数のサブ流路72A1-2の間隔は、任意であるが、メイン流路71Aにおける水素ガスの流れ方向において、上流側よりも下流側の方を狭くすることが好ましい。例えば、図4に示すように、水素ガスの上流側にはサブ流路72A1-2を一つ形成し、下流側にはサブ流路72A1-2を二つ形成するなどして、サブ流路72A1-2の間隔を水素ガスの入口では疎にし、出口側では密にするとよい。こうすることで、生成水の効果的に高めることができる。
Interval of a plurality of
具体的には、燃料電池1では、酸素ガスと水素ガスとの反応により、カソード16B側に水が生成される。この生成水の一部は、電解質膜15を通過してアノード16A側に移動し得るものでもある。生成水は反応ガスの流れによって、メイン流路の下流側へと移動するので、メイン流路の下流側ほど溜まり易い。複数のサブ流路72A1-2を水素ガスの流れ方向において等ピッチで形成することもできるが、上記のように、下流側ほどサブ流路72A1-2の間隔を密にすることで、溜まり得る生成水を効果的に排出できる。この点、詳述しないが、サブ流路72A2-3も同様である。
Specifically, in the
サブ流路72A1-2は、メイン流路71A1の空間に直接開放する開口端面101と、メイン流路71A2の空間に直接開放する開口端面102と、を有する。同様に、サブ流路72A2-3は、メイン流路71A2の空間に直接開放する開口端面103と、メイン流路71A3の空間に直接開放する開口端面104と、を有する。
開口端面101は、メイン流路71Aでの水素ガスの流れ方向において、開口端面102よりも上流側に位置する。したがって、サブ流路72A1-2は、メイン流路71A1、71A2に対して、90度以外の角度で傾斜する。同様に、開口端面103は、この水素ガスの流れ方向において、開口端面104よりも上流側に位置する。したがって、サブ流路72A2-3は、メイン流路71A1、71A2に対して、90度以外の角度で傾斜する。
このような構成とすることで、隣接するメイン流路71A1、71A2で同じガス圧の水素ガスが導入されたとしても、開口端面101の地点と開口端面102の地点とでは、水素ガスの圧力差が生じる。つまり、サブ流路72A1-2は、水素ガスの差圧が生じる地点間を連通している。その結果、相対的に圧力の高い開口端面101の地点から相対的に圧力の低い開口端面102の地点へと水素ガスが流れるようになる。これにより、サブ流路をメイン流路に対して直交させる場合に比べて、サブ流路72A1-2を介してメイン流路71A1からメイン流路71A2へと水素ガスが流れ易くなる。この点、サブ流路72A2-3でも同様である。
By adopting such a configuration, even if hydrogen gas having the same gas pressure is introduced into the adjacent
サブ流路72A1-2、72A2-3の断面形状は、任意であり、例えば矩形、台形、円形、又は半円形とすることができる。サブ流路72A1-2、72A2-3は、例えば凸部91Aの高さの1/3〜1/5の範囲に形成され、凸部91Aの全高に亘ってまでは形成されない。サブ流路72A1-2、72A2-3は、メイン流路71A1、71A2、71A3よりも断面積が小さく、好ましくは、メイン流路71A1、71A2、71A3の1/3〜1/5の範囲の断面積を有する。このような設定とすることで、メイン流路71A1、71A2、71A3における水素ガスの流れを適切に確保できる。
The cross-sectional shapes of the sub-channels 72A 1-2 and 72A 2-3 are arbitrary, and can be, for example, rectangular, trapezoidal, circular, or semicircular. The sub-channels 72A 1-2 and 72A 2-3 are formed, for example, in the range of 1/3 to 1/5 of the height of the
なお、流路の断面積は、その幅に深さ(高さ)を乗じたものである。サブ流路72Aの断面積をメイン流路71Aのそれよりも小さくするには、サブ流路72Aの深さ又は幅がメイン流路71Aの深さ又は幅よりも小さくすればよい。メイン流路71A1、71A2、71A3はそれぞれ違う断面積であってもよいが、ここでは同じ断面積となっている。
In addition, the cross-sectional area of the flow path is obtained by multiplying the width by the depth (height). In order to make the cross-sectional area of the sub-channel 72A smaller than that of the
ここで、サブ流路72A1-2は、開口端面101、102間の流路断面が一定であってもよいが、一定でなくてもよい。例えば、図5に示すように、サブ流路A1-2では、開口端面101が開口端面102よりも断面積が大きくてもよく、開口端面101から開口端面102にかけて流路を絞るように、断面積を小さくしてもよい。こうすることで、開口端面101よりも断面積が小さい開口端面102において、水素ガスの流れが加速する。この点、サブ流路72A2-3も同様に設計できる。
Here, the sub-channel 72A 1-2 are flow cross-section between the
以上説明したように、本実施形態によれば、隣接するメイン流路71A,71Aに対してサブ流路72Aを傾斜させるという簡易な構成によって、水素ガスがサブ流路72Aを介してメイン流路71A、71Aの一方から他方へと流れ易くなる。なお、酸化ガス又は冷媒に関するメイン流路とサブ流路についても、同様の効果を奏することは言うまでもない。以下の説明でも、水素ガスを中心に説明する。
As described above, according to the present embodiment, the hydrogen gas is passed through the sub-channel 72A through the simple channel by tilting the sub-channel 72A with respect to the adjacent
本実施形態は、上記効果により、燃料電池1の発電時及び発電終了時においても、有用な効果を奏する。例えば、発電時に、単セル2で局部的にフラッディングが生じて、一つのメイン流路71が閉塞しても、水素ガスがサブ流路72Aを通って隣のメイン流路71Aへと流れる。このときに、上記したサブ流路72Aの連通態様によって、流れ易さ確保もされ得るので、一つのメイン流路71Aが全長にわたって発電不能になることを迅速に抑制できる。一方、冷媒のメイン流路81A,81B及びサブ流路82A,82Bの観点でこのことを考察すれば、冷媒の熱分布を迅速に均一化させることが可能である。このため、単セル2が局所的に高温化することによる電解質膜15の損傷を適切に抑制することができる。
Due to the above-described effects, the present embodiment has a useful effect even when the
また、サブ流路72Aによって、セパレータ12Aの凸部91Aの頂面が接触するMEA11の部分にも水素ガスが供給され得る。これにより、電気化学反応に寄与する電極16Aの有効発電面積を増やせるので、MEA11の発電効率を向上できる。
Further, the sub-channel 72A can also supply hydrogen gas to the portion of the
一般に、燃料電池1の発電終了時(燃料電池システムの終了時)には、燃料電池1内を乾燥する掃気処理が実行される。この掃気処理では、各単セル2のMEA11の水分をほぼ排出して電解質膜15を乾燥させる。掃気処理には各種の方法があるが、反応ガスを燃料電池1に供給し、この反応ガスで燃料電池1内の水分を吹き飛ばすと共に、蒸発させることで持ち去ることが一般に行われる。
Generally, at the end of power generation of the fuel cell 1 (at the end of the fuel cell system), a scavenging process for drying the inside of the
本実施形態によれば、サブ流路72が凸部91Aに形成されており、しかもサブ流路72での水素ガスの流れ易さが確保されているので、掃気処理時に凸部91Aの直下の拡散層51内の水を効率よく排出できる。したがって、セパレータの凸部の下側の掃気性を向上でき、燃料電池1の次回の氷点下起動時を良好に行い得る。
According to the present embodiment, the sub flow path 72 is formed in the
<変形例>
次に、本実施形態のセパレータ12Aの変形例を簡単に説明する。なお、セパレータ12Bもセパレータ12Aと同様の変形例を適用し得るが、ここではその説明を省略する。
<Modification>
Next, a modified example of the
<変形例1>
セパレータ12Aのメイン流路71A,81Aは、公知のサーペンタイン流路としてもよい。この場合、水素ガスのメイン流路71Aはサーペンタイン流路とし、冷媒のメイン流路81Aはストレート流路としてもよい。
<
The
メイン流路71Aがサーペンタイン流路の場合、メイン流路71Aは、例えば、互いに平行な複数の流路が1回以上折り返す構造を有することになる。この場合、サブ流路72Aは、メイン流路71Aのうち、隣接する二つの流路を連通することになるが、その位置は任意である。ただし、メイン流路71Aが折り返すところでは生成水がよどみ易いため、この折り返しのところにサブ流路72Aを形成すると、排水性等の観点で効果的である。
When the
<変形例2>
図6(A)は、別の変形例に係るセパレータ12AをMEA11側から見た概略平面図である。なお、メイン流路71A1、71A2、71A3と凸部91Aの領域が分かり易いように、凸部91Aにハッチングを施している。
図6(A)に示すように、メイン流路71A1、71A2、71A3には、交互に水素ガスの圧力損失が生じるように、圧力損失部120が凸部91Aに形成される。
<
FIG. 6A is a schematic plan view of a
As shown in FIG. 6A, in the
図6(B)は、水素ガスの圧力とメイン流路における位置との関係を示すグラフである。図6(B)に示すように、メイン流路71A1、71A3とメイン流路71A2とでは、圧力損失部120よりも下流においては、位置に応じて圧力が異なる。つまり、隣接する二つのメイン流路71A1、71A2間、及びメイン流路71A2、71A3間では、圧力損失部120よりも下流において差圧が生じる。
FIG. 6B is a graph showing the relationship between the pressure of hydrogen gas and the position in the main flow path. As shown in FIG. 6B, the
図6(A)に示すように、この変形例においても、メイン流路71A1、71A2の差圧が生じている地点間をサブ流路72A1-2で連通し、また、メイン流路71A2、71A3の差圧が生じている地点間をサブ流路72A2-3で連通している。したがって、このような変形例であっても、上記した本発明の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
As shown in FIG. 6 (A), also in this modified example, communication between the point where the differential pressure of the
<変形例3>
セパレータ12Aをカーボンで形成する場合には、メイン流路71A、81Aやサブ流路72A,82Aは、切削、射出成形、圧縮成形、超音波加工などにより形成すればよい。もっとも、エッチングを利用して、セパレータ12Aにメイン流路71A、81Aやサブ流路72A,82Aを形成してもよい。
<Modification 3>
When the
上記した本発明の燃料電池用セパレータは、固体高分子型の燃料電池のみならず、リン酸型の燃料電池にも適用することができる。そして、燃料電池を搭載した燃料電池システムは、二輪または四輪の自動車以外の電車、航空機、船舶、ロボットその他の移動体又は乗物に搭載することができる。また、燃料電池システムは、定置用ともすることができ、コージェネレーションシステムに組み込むことができる。 The above-described fuel cell separator of the present invention can be applied not only to a polymer electrolyte fuel cell but also to a phosphoric acid fuel cell. A fuel cell system equipped with a fuel cell can be mounted on a train other than a two-wheeled or four-wheeled vehicle, an aircraft, a ship, a robot, or other moving objects or vehicles. The fuel cell system can also be stationary and can be incorporated into a cogeneration system.
1:燃料電池、2:単セル、11:MEA、12A、12B:セパレータ、21A、21B:ガス流路、22A、22B:冷媒流路、71A、71A1、71A2、71A3:メイン流路、72A、72A1-2、72A2-3:サブ流路(第3の流路)
1: Fuel cell, 2: single cell, 11: MEA, 12A, 12B: Separator, 21A, 21B: gas passage, 22A, 22B: refrigerant passage, 71A,
Claims (6)
前記第1の流路に隣接し、第2の断面積を有する第2の流路と、
前記第1及び第2の流路間を流体が流れるように当該第1及び第2の流路間を連通する第3の流路であって、前記第1及び第2の断面積より小さい第3の断面積を有する第3の流路と、
を備えた燃料電池用セパレータであって、
前記第3の流路は、前記流体の差圧が生じる地点間を連通する、燃料電池用セパレータ。 A first flow path having a first cross-sectional area;
A second flow path adjacent to the first flow path and having a second cross-sectional area;
A third flow path communicating between the first and second flow paths so that a fluid flows between the first and second flow paths and having a smaller cross-sectional area than the first and second cross-sectional areas; A third flow path having a cross-sectional area of 3;
A fuel cell separator comprising:
The third channel is a fuel cell separator that communicates between points where the differential pressure of the fluid is generated.
前記第1及び第2の流路間を流体が流れるように当該第1及び第2の流路間を連通する第3の流路と、
を備えた燃料電池用セパレータであって、
前記第3の流路は、前記第1及び第2の流路に対して、傾斜し且つ小なる断面積を有する、燃料電池用セパレータ。 First and second flow paths extending parallel and adjacent to each other;
A third flow path communicating between the first and second flow paths so that a fluid flows between the first and second flow paths;
A fuel cell separator comprising:
The fuel cell separator, wherein the third flow path is inclined and has a small cross-sectional area with respect to the first and second flow paths.
前記第1の開口端面は、前記第1及び第2の流路における前記流体の流れ方向において、前記第2の開口端面よりも上流側に位置し、且つ、前記第2の開口端面よりも断面積が大きい、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。 The third flow path has a first opening end face that opens directly to the first flow path, and a second opening end face that opens directly to the second flow path,
The first opening end surface is located upstream of the second opening end surface in the fluid flow direction of the first and second flow paths, and is cut off from the second opening end surface. The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, having a large area.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007002594A JP2008171638A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Fuel cell separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007002594A JP2008171638A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Fuel cell separator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008171638A true JP2008171638A (en) | 2008-07-24 |
Family
ID=39699539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007002594A Withdrawn JP2008171638A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Fuel cell separator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008171638A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009016110A (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-22 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell separator |
JP2010108890A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Hyundai Motor Co Ltd | Separation plate for fuel cell |
JP2015015218A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | トヨタ車体株式会社 | Gas channel forming member for fuel cell, and fuel cell |
JP2016042463A (en) * | 2014-08-15 | 2016-03-31 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー | Fuel cell improved in distribution of reactant |
JP2017004595A (en) * | 2015-06-04 | 2017-01-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Separator for fuel battery and fuel battery |
JP2020123547A (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | トヨタ紡織株式会社 | Fuel cell separator |
DE102020114126B4 (en) | 2019-08-13 | 2022-08-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator and single fuel cell |
-
2007
- 2007-01-10 JP JP2007002594A patent/JP2008171638A/en not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009016110A (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-22 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell separator |
JP2010108890A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Hyundai Motor Co Ltd | Separation plate for fuel cell |
JP2015015218A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | トヨタ車体株式会社 | Gas channel forming member for fuel cell, and fuel cell |
US9960433B2 (en) | 2013-07-08 | 2018-05-01 | Toyota Shatai Kabushiki Kaisha | Gas channel forming member for fuel cells, and fuel cell |
JP2016042463A (en) * | 2014-08-15 | 2016-03-31 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー | Fuel cell improved in distribution of reactant |
JP2017004595A (en) * | 2015-06-04 | 2017-01-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Separator for fuel battery and fuel battery |
JP2020123547A (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | トヨタ紡織株式会社 | Fuel cell separator |
JP7081517B2 (en) | 2019-01-31 | 2022-06-07 | トヨタ紡織株式会社 | Fuel cell separator |
DE102020114126B4 (en) | 2019-08-13 | 2022-08-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator and single fuel cell |
US11605822B2 (en) | 2019-08-13 | 2023-03-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator and single fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9905880B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP5027695B2 (en) | Bifurcated bifurcation of a flow path in a bipolar plate flow field | |
JP4344484B2 (en) | Solid polymer cell assembly | |
JP4516229B2 (en) | Solid polymer cell assembly | |
JP3460346B2 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell | |
CA2578009C (en) | Fuel cell having buffer with inclined surface | |
JP5500254B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008171638A (en) | Fuel cell separator | |
US8268503B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2020047443A (en) | Fuel battery | |
JP2009059513A (en) | Fuel cell | |
JP5449838B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP4228501B2 (en) | Current collector plate of polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell | |
JP2008103168A (en) | Fuel cell | |
JP5301406B2 (en) | Fuel cell | |
JP2004047214A (en) | Fuel cell | |
JP5082313B2 (en) | Fuel cell separator structure | |
JP5064888B2 (en) | Fuel cell | |
JP4572252B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP4516630B2 (en) | Solid polymer cell assembly | |
JP4947337B2 (en) | Fuel cell separator | |
JP5415122B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP7192759B2 (en) | Fuel cell separator | |
JP2004103456A (en) | Solid polymer fuel cell | |
KR102540924B1 (en) | Fuel cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100406 |