JP5583824B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、互いに隣接する前記金属セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関する。 In the present invention, an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a metal separator are laminated, and a cooling medium is circulated along the electrode surface direction between the metal separators adjacent to each other. The present invention relates to a fuel cell in which a cooling medium flow path is formed.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。 In the above fuel cell, a fuel gas flow channel for flowing fuel gas is provided in the plane of one separator so as to face the anode side electrode, and the cathode side electrode is opposed in the plane of the other separator. An oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas is provided. Furthermore, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium in the electrode range is formed between the separators constituting each fuel cell and adjacent to each other.
セパレータとしては、特に薄肉化が容易に図られることから、カーボンセパレータに代えて金属セパレータが採用される場合がある。その際、薄板金属製のプレートにプレス成形が施されることにより、波形状の流路溝が形成されている。そして、この流路溝が、燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路に選択的されることにより、アノード側セパレータ又はカソード側セパレータが構成されている。 As the separator, a metal separator may be employed in place of the carbon separator because it is particularly easy to reduce the thickness. At that time, a wave-shaped channel groove is formed by press-forming a thin metal plate. The channel groove is selectively used as a fuel gas channel or an oxidant gas channel, thereby forming an anode-side separator or a cathode-side separator.
一方、互いに隣接するアノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には、燃料ガス流路の裏面形状と酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体流路が形成されている。 On the other hand, between the anode side separator and the cathode side separator adjacent to each other, the back surface shape of the fuel gas channel and the back surface shape of the oxidant gas channel are overlapped to form a cooling medium channel.
この種の燃料電池として、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図9に示すように、単位セル1を備えるとともに、前記単位セル1は、膜電極構造体2の両面にセパレータ3、4が配置されている。
As this type of fuel cell, for example, a fuel cell stack disclosed in
単位セル1の長手方向上端部には、燃料ガス供給口5a及び酸化剤ガス供給口6aが積層方向に貫通して設けられるとともに、前記単位セル1の長手方向下端部には、燃料ガス排出口5b及び酸化剤ガス排出口6bが、積層方向に貫通形成されている。単位セル1の短手方向両端部には、それぞれ4つの冷却水供給口7aと、冷却水排出口7bとが鉛直方向に配列されている。
A fuel
セパレータ3の膜電極構造体2に対向する面には、燃料ガス供給口5aと燃料ガス排出口5bとに連通し、長手方向に延在する波状の複数の燃料ガス流路8aが形成されている。セパレータ4の膜電極構造体2に対抗する面には、酸化剤ガス供給口6aと酸化剤ガス排出口6bとに連通し、長手方向に延在する波状の複数の酸化剤ガス流路9aが形成されている。
A surface of the
単位セル1同士が積層されることにより、一方の単位セル1を構成するセパレータ3と、他方の単位セル1を構成するセパレータ4との間には、冷却水流路が形成される。この冷却水流路は、燃料ガス流路8aの裏面側の溝形状8bと、酸化剤ガス流路9aの裏面側の溝形状9bとが重なり合うことにより、短手方向(水平方向)に冷却媒体の流れを許容して冷却水供給口7aと冷却水排出口7bとを連通している。
By laminating the
ところで、燃料電池では、冷却水の流れ方向が、燃料ガスの流れ方向及び酸化剤ガスの流れ方向と略同一方向に設定される場合がある。例えば、単位セル1において、長手方向上端の冷却水排出口7bを冷却水供給口7aとし、前記単位セル1の上部側に左右一対の冷却水供給口7a、7aを設ける一方、該単位セル1の長手方向下端には、左右一対の冷却水排出口7b、7bを設ける構成が考えられる。各溝形状8b、9bは、波形状に蛇行するため、これらの間には、水平方向及び鉛直方向に沿って冷却水を流通可能な流路が形成されるからである。
By the way, in the fuel cell, the flow direction of the cooling water may be set in substantially the same direction as the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the oxidant gas. For example, in the
これにより、左右一対の冷却水供給口7a、7aから互いに対向して短手方向内方に冷却水が導入される。この冷却水は、鉛直下方向に沿って移動し、さらに短手方向外方に向かって移動することにより、一対の冷却水排出口7b、7bから排出される、所謂、Hフローを構成することができる。
Thereby, the cooling water is introduced from the pair of left and right cooling
しかしながら、冷却水流路において、幅方向(水平方向)中央部に冷却水が供給され難く、冷却水供給量の不足が発生し易い。これにより、冷却水流路には、高温部位が発生してしまい、発電面内の温度分布にばらつきが生じるという問題がある。 However, in the cooling water flow path, it is difficult for the cooling water to be supplied to the central portion in the width direction (horizontal direction), and a shortage of the cooling water supply amount easily occurs. As a result, there is a problem in that a high-temperature portion is generated in the cooling water flow path, and the temperature distribution in the power generation surface varies.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布を均一化することができ、発電性能の向上を図ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of making the temperature distribution uniform throughout the entire power generation surface with a simple configuration and improving the power generation performance. With the goal.
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と長方形状の金属セパレータとが積層され、前記金属セパレータの長手方向一端部に燃料ガス及び酸化剤ガスを積層方向に流通させる第1燃料ガス連通孔及び第1酸化剤ガス連通孔が形成される一方、前記金属セパレータの長手方向他端部に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを積層方向に流通させる第2燃料ガス連通孔及び第2酸化剤ガス連通孔が形成され、さらに前記金属セパレータの短手方向両端部には、前記第1燃料ガス連通孔及び前記第1酸化剤ガス連通孔に近接して使用前の冷却媒体を積層方向に流通させる一対の冷却媒体供給連通孔と、前記第2燃料ガス連通孔及び前記第2酸化剤ガス連通孔に近接して使用後の前記冷却媒体を積層方向に流通させる一対の冷却媒体排出連通孔とが形成される燃料電池に関するものである。 The present invention, a pair of electrodes are provided on both sides of the electrolyte and the electrolyte electrode assembly and the rectangular shape of the metallic plates are stacked, a fuel gas and oxidizer gas in the stacking direction to the longitudinal direction end portion of the metal separator while the first fuel gas communication hole and the first oxidant gas passage circulating is formed, circulated prior Symbol fuel gas and the oxidant gas in the stacking direction to the longitudinal direction other end portion of the metal separator is the second fuel gas communication hole and the second oxidant gas passage causes the formation, the more short direction both end portions of the metal separator, the first fuel gas communication hole and the first oxide a pair of coolant supply passage of the cooling medium prior to use in proximity to agent gas passage circulating in the stacking direction, the second fuel gas communication hole and the second oxidant gas communication hole A pair of the cooling medium after use in the vicinity of the And 却媒 body discharge passage is a fuel cell that is formed.
この燃料電池は、一方の電極に向かう金属セパレータの面には、第1燃料ガス連通孔及び第2燃料ガス連通孔の中、燃料ガス供給側を入口バッファ部を介して、且つ燃料ガス排出側を出口バッファ部を介して、それぞれ連通し、長手方向に延在する波形状の燃料ガス流路が設けられ、他方の電極に向かう前記金属セパレータの面には、第1酸化剤ガス連通孔及び第2酸化剤ガス連通孔の中、酸化剤ガス供給側を入口バッファ部を介して、且つ酸化剤ガス排出側を出口バッファ部を介して、それぞれ連通し、前記長手方向に延在する波形状の酸化剤ガス流路が設けられている。 The fuel cell, on the surface of the metallic plates toward one electrode, in the first fuel gas communication hole and the second fuel gas communication hole, a fuel gas supply side through the inlet mouth buffer, In addition, the fuel gas discharge side communicates with each other via the outlet buffer portion, and a wavy fuel gas flow path extending in the longitudinal direction is provided, and the surface of the metal separator facing the other electrode has a first oxidation agent in the gas communication hole and the second oxidant gas communication hole, an oxidant gas supply side through the inlet mouth buffer, and the oxidizing gas discharge side via the outlet buffer, each communicating A wave-shaped oxidant gas flow path extending in the longitudinal direction is provided.
そして、互いに隣接する金属セパレータ間には、燃料ガス流路の裏面側に形成された波溝形状部と、酸化剤ガス流路の裏面側に形成された波溝形状部とにより、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されるとともに、冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体流路とを連結する複数の入口接続通路を備えている。 Then, between the metal separators adjacent to each other, a cooling medium is provided by a wave groove shape portion formed on the back surface side of the fuel gas flow path and a wave groove shape portion formed on the back surface side of the oxidant gas flow path. A cooling medium flow path to be circulated is formed, and a plurality of inlet connection passages for connecting the cooling medium supply communication hole and the cooling medium flow path are provided.
ここで、複数の入口接続通路は、冷却媒体流路の入口バッファ部の裏面形状である入口バッファ形状部側に向かって供給される冷却媒体の流量を、他の部位に向かって供給される前記冷却媒体の流量よりも増量させる冷却媒体増量部を構成している。 Here, the plurality of inlet connection passages supply the flow rate of the cooling medium supplied toward the other side of the inlet buffer shape portion that is the back surface shape of the inlet buffer portion of the cooling medium flow path. A cooling medium increasing portion that increases the flow rate of the cooling medium is configured.
また、冷却媒体増量部は、入口バッファ形状部側の入口接続通路の通路幅を、前記入口バッファ形状部から離間する側の前記入口接続通路の通路幅よりも大きく設定することにより構成されることが好ましい。 The cooling medium increasing portion is configured by setting the passage width of the inlet connection passage on the inlet buffer shape portion side to be larger than the passage width of the inlet connection passage on the side away from the inlet buffer shape portion. Is preferred.
さらに、冷却媒体増量部は、入口バッファ形状部側の入口接続通路を、前記入口バッファ形状部から離間する側の前記入口接続通路に平行な方向から該入口バッファ形状部側に傾斜させることにより構成されることが好ましい。 Further, the cooling medium increasing portion is configured by inclining the inlet connection passage on the inlet buffer shape portion side toward the inlet buffer shape portion side from a direction parallel to the inlet connection passage on the side away from the inlet buffer shape portion. It is preferred that
さらにまた、冷却媒体増量部は、冷却媒体流路の入口バッファ形状部から最初の波状頂部までの間に設けられることが好ましい。 Furthermore, the cooling medium increasing part is preferably provided between the inlet buffer shape part of the cooling medium flow path and the first wave-like top part.
本発明によれば、冷却媒体流路の入口バッファ形状部側に向かって供給される冷却媒体の流量が、他の部位に向かって供給される前記冷却媒体の流量よりも増量されている。このため、冷却媒体は、入口バッファ形状部を流通して冷却媒体流路の幅方向中央部に確実に供給され、冷却水供給量が不足することを阻止することができる。 According to the present invention, the flow rate of the cooling medium supplied toward the inlet buffer shape portion side of the cooling medium flow path is increased from the flow rate of the cooling medium supplied toward the other part. For this reason, the cooling medium flows through the inlet buffer shape portion and is reliably supplied to the central portion in the width direction of the cooling medium flow path, and it is possible to prevent the cooling water supply amount from being insufficient.
これにより、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布及び湿度分布を均一化することができ、発電性能の向上を容易に図ることが可能になる。 Thereby, with a simple configuration, the temperature distribution and the humidity distribution can be made uniform over the entire power generation plane, and the power generation performance can be easily improved.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、矢印A方向に複数積層されて燃料電池スタック11を構成する。燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持する第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
The
図1に示すように、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向(矢印C方向)に向かい且つ短辺が水平方向(矢印B方向)に向かう(水平方向の積層)ように構成される。なお、長辺が水平方向に向かい且つ短辺が重力方向に向かうように構成してもよく、また、セパレータ面が水平方向に向かう(鉛直方向の積層)ように構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池10の長辺方向(矢印C方向)の上端両角部近傍には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔18aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔20aとが設けられる。
An oxidant gas
燃料電池10の長辺方向の下端両角部近傍には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔20bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔18bとが設けられる。
In the vicinity of the lower corners of the long side direction of the
燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の両端縁部上方には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための2つの冷却媒体供給連通孔22aが設けられる。燃料電池10の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体排出連通孔22bが設けられる。
Two cooling medium supply communication holes 22 a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium are provided above both edge portions in the short side direction (arrow B direction) of the
電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜24と、前記固体高分子電解質膜24を挟持するカソード側電極26及びアノード側電極28とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード側電極26及びアノード側電極28は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜24の両面に形成される。
The
第1金属セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス排出連通孔18bとを連通する酸化剤ガス流路30が形成される。酸化剤ガス流路30は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部30a間に形成されるとともに、前記酸化剤ガス流路30の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bが設けられる。
An oxidant
図3に示すように、第2金属セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス排出連通孔20bとを連通する燃料ガス流路34が形成される。燃料ガス流路34は、矢印C方向に延在する複数本の波状凸部34a間に形成されるとともに、前記燃料ガス流路34の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部36a及び出口バッファ部36bが設けられる。
As shown in FIG. 3, a fuel
第2金属セパレータ16の面16bと第1金属セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体供給連通孔22a、22aと冷却媒体排出連通孔22b、22bとに連通する冷却媒体流路38が形成される(図1及び図4参照)。この冷却媒体流路38は、電解質膜・電極構造体12の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
Between the
図1及び図5に示すように、冷却媒体流路38は、酸化剤ガス流路30を構成する波状凸部30aの裏面形状である波溝形状部30bと、燃料ガス流路34を構成する波状凸部34aの裏面形状である波溝形状部34bとを、重ね合わせることにより形成される。冷却媒体流路38の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部36a及び出口バッファ部36bの裏面形状である入口バッファ形状部40a及び出口バッファ部40bが設けられる(図4参照)。
As shown in FIGS. 1 and 5, the cooling
第1金属セパレータ14の面14a、14bには、この第1金属セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材42が一体成形される。第2金属セパレータ16の面16a、16bには、この第2金属セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材44が一体成形される。第1シール部材42及び第2シール部材44としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
A
図1に示すように、第1金属セパレータ14の面14aには、第1シール部材42を切り欠いて酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の連結通路46aが形成される。面14aには、第1シール部材42を切り欠いて酸化剤ガス排出連通孔18bと酸化剤ガス流路30とを連通する複数の連結通路46bが形成される。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、第2金属セパレータ16の面16aには、第2シール部材44を切り欠いて燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス流路34とを連通する複数の連結通路50aが形成される。面16aには、第2シール部材44を切り欠いて燃料ガス排出連通孔20bと燃料ガス流路34とを連通する複数の連結通路50bが形成される。
As shown in FIG. 3, a plurality of connecting
図4に示すように、第2金属セパレータ16の面16bには、第2シール部材44を切り欠いて一対の冷却媒体供給連通孔22a、22aと冷却媒体流路38とを連通する複数の入口接続通路52a1、52a2が形成される。複数の入口接続通路52a1は、冷却媒体流路38の入口バッファ形状部40a側に向かって供給される冷却媒体の流量を、他の部位に向かって供給される前記冷却媒体の流量よりも増量させる冷却媒体増量部を構成する。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、冷却媒体増量部は、図4及び図6に示すように、複数の入口接続通路52a1の通路幅H1を、複数の入口接続通路52a2の通路幅H2よりも大きく設定することにより構成される(H1>H2)。複数の入口接続通路52a1は、冷却媒体流路38の入口バッファ形状部40aから波溝形状部34b(又は波溝形状部30b)の最初の波状頂部P1までの間に設けられる。
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 6, the cooling medium increasing unit sets the passage width H1 of the plurality of inlet connection passages 52a1 larger than the passage width H2 of the plurality of inlet connection passages 52a2. Configured (H1> H2). The plurality of inlet connection passages 52a1 are provided between the inlet
面16bには、第2シール部材44を切り欠いて、一対の冷却媒体排出連通孔22b、22bと冷却媒体流路38とを連通する複数の出口接続通路52bが形成される(図1及び図4参照)。
A plurality of
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス供給連通孔18aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔22aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔18aから第1金属セパレータ14の酸化剤ガス流路30に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路30に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極26に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔20aから第2金属セパレータ16の燃料ガス流路34に供給される。燃料ガスは、図3に示すように、燃料ガス流路34に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給される(図1及び図2参照)。
On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel
従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極28に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔18bに沿って矢印A方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極28に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the
また、一対の冷却媒体供給連通孔22aに供給された冷却媒体は、図1に示すように、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16間の冷却媒体流路38に導入される。冷却媒体は、図4に示すように、一旦矢印B方向(水平方向)内方に沿って流動した後、矢印C方向(重力方向)に移動して電解質膜・電極構造体12を冷却する。この冷却媒体は、矢印B方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔22bに排出される。
Further, the cooling medium supplied to the pair of cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図6に示すように、第2金属セパレータ16には、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路38とを連通する複数の入口接続通路52a1、52a2が形成されるとともに、前記入口接続通路52a1の通路幅H1は、前記入口接続通路52a2の通路幅H2よりも大きく設定されている(H1>H2)。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 6, the
このため、入口接続通路52a1では、入口接続通路52a2に比べて通路抵抗が小さくなり、冷却媒体が流れ易くなる。従って、入口接続通路52a1は、冷却媒体流路38の入口バッファ形状部40a側に向かって供給される冷却媒体の流量を、入口接続通路52a2に流通する前記冷却媒体の流量よりも増量させるができる。
For this reason, in the inlet connection passage 52a1, the passage resistance is smaller than in the inlet connection passage 52a2, and the cooling medium easily flows. Therefore, the inlet connection passage 52a1 can increase the flow rate of the cooling medium supplied toward the inlet
これにより、冷却媒体は、入口バッファ形状部40aを流通して冷却媒体流路38の幅方向中央部に確実に供給され、冷却水供給量が不足することを阻止することが可能になる。このため、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布及び湿度分布を均一化することができ、発電性能の向上を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。
As a result, the cooling medium is reliably supplied to the central portion in the width direction of the cooling
しかも、図6に示すように、複数の入口接続通路52a1は、冷却媒体流路38の入口バッファ形状部40aから波溝形状部34b(又は波溝形状部30b)の最初の波状頂部P1までの間に設けられている。従って、入口接続通路52a1から冷却媒体流路38側に供給される冷却媒体は、波溝形状部34b(又は波溝形状部30b)の傾斜に沿って上方に向かう流れを生じ易い。
In addition, as shown in FIG. 6, the plurality of inlet connection passages 52a1 extend from the inlet
これにより、冷却媒体は、入口バッファ形状部40aに円滑に案内されて前記入口バッファ形状部40aを流通し、冷却媒体流路38の幅方向中央部に良好に流れることができる。このため、発電面内全域にわたって、温度分布及び湿度分布を一層確実に均一化することが可能になる。
As a result, the cooling medium can be smoothly guided to the inlet
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する第2金属セパレータ60の要部拡大説明図である。
FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a main part of the
なお、第1の実施形態に係る燃料電池10を構成する第2金属セパレータ16と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the
第2金属セパレータ60には、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路38とを連通する複数の入口接続通路62a1、62a2が形成される。入口バッファ形状部40a側の入口接続通路62a1を形成する通路ブロック64aの幅寸法を、前記入口バッファ形状部40aから離間する側の入口接続通路62a2を形成する通路ブロック64bの幅寸法よりも小さく設定することにより、冷却媒体増量部が構成される。
The
このように構成される第2の実施形態では、通路ブロック64a、64bの形状を変更することにより、入口接続通路62a1の通路幅H1は、入口接続通路62a2の通路幅H2よりも大きく設定されている。従って、第2の実施形態は、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured in this way, the passage width H1 of the inlet connection passage 62a1 is set larger than the passage width H2 of the inlet connection passage 62a2 by changing the shape of the passage blocks 64a and 64b. Yes. Therefore, the second embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment.
図8は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成する第2金属セパレータ70の要部拡大説明図である。
FIG. 8 is an enlarged explanatory view of a main part of the
第2金属セパレータ70には、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体流路38とを連通する複数の入口接続通路72a1、72a2が形成される。入口バッファ形状部40a側の入口接続通路72a1を、前記入口バッファ形状部40aから離間する側の入口接続通路72a2に平行な方向から該入口バッファ形状部40a側に傾斜させることにより、冷却媒体増量部が構成される。
The
このように構成される第3の実施形態では、入口接続通路72a1が入口バッファ形状部40a側に傾斜するため、前記入口接続通路72a1を通った冷却媒体は、前記入口バッファ形状部40a側に向かって確実に流通することができる。これにより、冷却媒体は、入口バッファ形状部40aに円滑に案内されて前記入口バッファ形状部40aを流通し、冷却媒体流路38の幅方向中央部に良好に流れることができる等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, since the inlet connection passage 72a1 is inclined toward the inlet
10…燃料電池 11…燃料電池スタック
12…電解質膜・電極構造体
14、16、60、70…金属セパレータ 18a…酸化剤ガス供給連通孔
18b…酸化剤ガス排出連通孔 20a…燃料ガス供給連通孔
20b…燃料ガス排出連通孔 22a…冷却媒体供給連通孔
22b…冷却媒体排出連通孔 24…固体高分子電解質膜
26…カソード側電極 28…アノード側電極
30…酸化剤ガス流路 30a、34a…波状凸部
30b、34b…波溝形状部 34…燃料ガス流路
38…冷却媒体流路 42、44…シール部材
46a、46b、50a、50b…連結通路
52a1、52a2、62a1、62a2、72a1、72a2…入口接続通路
52b…出口接続通路 64a、64b…通路ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (4)
一方の前記電極に向かう前記金属セパレータの面には、前記第1燃料ガス連通孔及び前記第2燃料ガス連通孔の中、燃料ガス供給側を入口バッファ部を介して、且つ燃料ガス排出側を出口バッファ部を介して、それぞれ連通し、前記長手方向に延在する波形状の燃料ガス流路が設けられ、
他方の前記電極に向かう前記金属セパレータの面には、前記第1酸化剤ガス連通孔及び前記第2酸化剤ガス連通孔の中、酸化剤ガス供給側を入口バッファ部を介して、且つ酸化剤ガス排出側を出口バッファ部を介して、それぞれ連通し、前記長手方向に延在する波形状の酸化剤ガス流路が設けられ、
互いに隣接する前記金属セパレータ間には、前記燃料ガス流路の裏面側に形成された波溝形状部と、前記酸化剤ガス流路の裏面側に形成された波溝形状部とにより、前記冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されるとともに、
前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体流路とを連結する複数の入口接続通路を備え、
前記複数の入口接続通路は、前記冷却媒体流路の前記入口バッファ部の裏面形状である入口バッファ形状部側に向かって供給される前記冷却媒体の流量を、他の部位に向かって供給される前記冷却媒体の流量よりも増量させる冷却媒体増量部を構成することを特徴とする燃料電池。 Sides to the pair of electrodes are provided the electrolyte electrode assembly of the electrolyte and a rectangular metal separator is stacked, first circulating the fuel gas and oxidizer gas in the stacking direction in the one longitudinal end portion of the metal separator while the fuel gas communication hole and the first oxidant gas passage is formed, a second fuel to circulate before Symbol fuel gas and the oxidant gas in the stacking direction to the longitudinal direction other end portion of the metal separator gas communication hole and the second oxidant gas passage is formed, the more short-side direction end portion of the metal separator, the first fuel gas communication hole and the first oxidant gas communication a pair of coolant supply passage for circulating a cooling medium prior to use in close proximity to through holes in the stacking direction, in proximity to the second fuel gas communication hole and the second oxidant gas passage A pair of cooling medium exhausts for circulating the used cooling medium in the stacking direction. A fuel cell and a communication hole is formed,
The surface of the metal separator towards one of the electrodes, in said first fuel gas communication hole and the second fuel gas communication hole, a fuel gas supply side through the inlet mouth buffer, and The fuel gas discharge side communicates with each other via the outlet buffer portion, and a wavy fuel gas flow path extending in the longitudinal direction is provided,
The surface of the metal separator toward the other of the electrodes, in said first oxidizer gas communication hole and the second oxidant gas communication hole, an oxidant gas supply side through the inlet mouth buffer And the oxidant gas discharge side communicates with each other through the outlet buffer portion, and a wave-shaped oxidant gas flow path extending in the longitudinal direction is provided,
Between the metal separators adjacent to each other, a wave groove shape portion formed on the back surface side of the fuel gas flow path and a wave groove shape portion formed on the back surface side of the oxidant gas flow path cause the cooling. A cooling medium flow path for circulating the medium is formed,
A plurality of inlet connection passages connecting the cooling medium supply communication hole and the cooling medium flow path;
The plurality of inlet connection passages are supplied toward the other portions with the flow rate of the cooling medium supplied toward the inlet buffer shape portion side that is the back surface shape of the inlet buffer portion of the cooling medium flow path. A fuel cell comprising a cooling medium increasing portion for increasing the flow rate of the cooling medium.
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