JP2000012051A5 - - Google Patents

Description

【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池用ガスセパレータは、電解質層および電極を形成する部材と共に積層することによって燃料電池を構成可能となり、該燃料電池内部でガス流路を形成する燃料電池用ガスセパレータであって、
該燃料電池用ガスセパレータをその厚み方向に貫通する２つの孔構造と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面の上で連通させると共に前記一方の面の上方から見てＵ字型を成す凹部と、からなる単セル内流路形成部を、前記一方の面上にそれぞれ独立して互いに連通することなく複数備え、
複数の前記単セル内流路形成部は、各々が備える前記凹部のＵ字型が同一の方向を向くと共に、各々が２つずつ備える前記孔構造が前記燃料電池用ガスセパレータの辺縁部に沿って配置されるように、互いに隣接して形成され、
前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料電池を構成する際には、前記単セル内流路形成部によって前記ガス流路を形成することを要旨とする。

【００２１】
また、特に本発明の燃料電池用ガスセパレータを用いて燃料電池を構成すると、同種のガスが通過するガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールドが、スタック構造の側面に一つに沿って配設されることになり、同種のガスが通過するガスマニホールド間ではガスのシール性を厳密に確保する必要がないため、ガスマニホールドを形成する領域のシール構造を簡素化することができる。また、単セル内ガス流路を形成する凹部の形状をＵ字形にすることにより、凹部を直線状に形成してその両端部にガスマニホールドのための孔部を形成する場合に比べて、ガスセパレータ表面のより広い領域を単セル内ガス流路に利用することが可能となり、ガスセパレータおよびこれを用いる燃料電池を小型化することができる。
このような本発明の燃料電池用ガスセパレータにおいて、前記凹部は、該凹部の凹面から突出して設けられた複数の凸部を備えることとしても良い。このような凸部を設けることで、凹部によって形成される単セル内ガス流路を通過するガスを攪拌することができる。
あるいは、本発明の燃料電池用ガスセパレータにおいて、前記凹部は、平行に形成された複数のリブを備えることとしても良い。このような場合には、上記複数のリブを設けることでガス流路が形成される。
また、本発明の燃料電池用ガスセパレータにおいて、前記凹部は、Ｕ字型を形成する２つの直線領域のうち、前記ガス流路を形成したときに前記ガスの流れの下流側となる一方の直線領域の幅が、前記ガスの流れの上流側となる他方の直線領域の幅に比べて狭く形成されていることとしても良い。このような構成とすれば、下流側の流路断面積が小さくなるため、下流側ほどガス流量が減少してしまうのを補い、電圧を確保することができる。

【００２５】
また、本発明の燃料電池において、
前記ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されており、
ぞれぞれの前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路は、Ｕ字形をなす前記凹部の両端部において、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドと接続し、
前記複数の分割流路形成部のそれぞれが備える前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構造の側面の一つに沿って互いに隣接して配設されることとしてもよい。

【００２６】
このような本発明の燃料電池によれば、同種のガスが通過するガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールドが、スタック構造の側面に一つに沿って配設されており、同種のガスが通過するガスマニホールド間ではガスのシール性を厳密に確保する必要がないため、ガスマニホールドを形成する領域のシール構造を簡素化することができる。また、単セル内ガス流路を形成する凹部の形状をＵ字形にすることにより、凹部を直線状に形成してその両端部にガスマニホールドのための孔部を形成する場合に比べて、ガスセパレータ表面のより広い領域を単セル内ガス流路に利用することが可能となり、ガスセパレータおよびこれを用いる燃料電池を小型化することができる。

【００２９】
また、本発明の燃料電池用ガスセパレータは、
前記複数の単セル内流路形成部を前記燃料電池用ガスセパレータの両面に備え、
前記燃料電池用ガスセパレータの２つの面のうち、第１の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が備える前記凹部と、第２の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が備える前記凹部とは、互いに逆向きのＵ字型をなし、
前記第１の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が２つずつ備える前記孔構造と、前記第２の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が２つずつ備える前記孔構造とは、それぞれ、前記燃料電池用ガスセパレータの互いに対向する辺縁部に沿って配置されていることとしても良い。

Claims (14)

1. 電解質層および電極を形成する部材と共に積層することによって燃料電池を構成可能となり、該燃料電池内部でガス流路を形成する燃料電池用ガスセパレータであって、
   該燃料電池用ガスセパレータをその厚み方向に貫通する２つの孔構造と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面の上で連通させると共に前記一方の面の上方から見てＵ字型を成す凹部と、からなる単セル内流路形成部を、前記一方の面上にそれぞれ独立して互いに連通することなく複数備え、
   複数の前記単セル内流路形成部は、各々が備える前記凹部のＵ字型が同一の方向を向くと共に、各々が２つずつ備える前記孔構造が前記燃料電池用ガスセパレータの辺縁部に沿って配置されるように、互いに隣接して形成され、
   前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料電池を構成する際には、前記単セル内流路形成部によって前記ガス流路を形成する
   燃料電池用ガスセパレータ。
2. 請求項１記載の燃料電池用ガスセパレータであって、
   前記凹部は、該凹部の凹面から突出して設けられた複数の凸部を備える
   燃料電池用ガスセパレータ。
3. 請求項１記載の燃料電池用ガスセパレータであって、
   前記凹部は、平行に形成された複数のリブを備える
   燃料電池用ガスセパレータ。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池用ガスセパレータであって、
   前記凹部は、Ｕ字型を形成する２つの直線領域のうち、前記ガス流路を形成したときに前記ガスの流れの下流側となる一方の直線領域の幅が、前記ガスの流れの上流側となる他方の直線領域の幅に比べて狭く形成されている
   燃料電池用ガスセパレータ。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の燃料電池用ガスセパレータであって、
   前記複数の単セル内流路形成部を前記燃料電池用ガスセパレータの両面に備え 、
   前記燃料電池用ガスセパレータの２つの面のうち、第１の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が備える前記凹部と、第２の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が備える前記凹部とは、互いに逆向きのＵ字型をなし、
   前記第１の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が２つずつ備える前記孔構造と、前記第２の面上に形成される前記複数の単セル内流路形成部の各々が２つずつ備える前記孔構造とは、それぞれ、前記燃料電池用ガスセパレータの互いに対向する辺縁部に沿って配置されている
   燃料電池用ガスセパレータ。
6. 電解質層と電極およびガスセパレータを含む部材からなる単セルを複数積層してなるスタック構造を有し、電極活物質を含有するガスの供給を受けて、電気化学反応により起電力を得る燃料電池であって、
   前記スタック構造は、内部を前記ガスが通過する流路として、複数の分割流路形成部を備え、
   前記複数の分割流路形成部のそれぞれは、前記スタック構造の積層方向に形成される流路であって、内部を通過する前記ガスを各単セルに分配するガス供給マニホールドと、前記スタック構造の積層方向に形成される流路であって、各単セルから排出される前記ガスが集合するガス排出マニホールドと、前記スタック構造を構成する各単セル内に形成され、前記ガス供給マニホールドと前記ガス排出マニホールドとを連通させて、前記各単セルを構成する前記電解質層および前記電極の一部の領域に対して前記ガスを給排する単セル内ガス流路とからなり、
   前記各単セルが備えるそれぞれの前記ガスセパレータにおける少なくとも一方の面上では、前記分割流路形成部が備える前記単セル内ガス流路を形成する凹部が、前記複数の分割流路形成部のそれぞれに対応して、互いに連通することなく複数設けられており、
   前記スタック構造の端部において、前記複数の分割流路形成部のうちの一つが備える前記ガス排出マニホールドの端部と、前記複数の分割流路形成部のうちの他の一つが備える前記ガス供給マニホールドの端部とを接続する流路接続部を備え、
   前記燃料電池に供給された前記ガスは、前記複数の分割流路形成部を、前記流路接続部を介しながら順次通過する
   ことを特徴とする燃料電池。
7. 請求項６記載の燃料電池であって、
   前記電極活物質を含有するガスは、酸素を含有する酸化ガスであり、
   それぞれの前記単セルにおいて、前記酸化ガスが流入する前記単セル内ガス流路は、内部を通過する前記酸化ガスの流れの方向が、重力に従う場合と同様に上方から下方へ向かう方向となるように形成された
   燃料電池。
8. 請求項６記載の燃料電池であって、
   前記分割流路形成部が備える前記ガス供給マニホールドは、前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル内に形成される前記単セル内ガス流路に対して、前記ガスを同時に供給し、
   前記分割流路形成部が備える前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構造に備えられたすべての前記単セル内に形成される前記単セル内ガス流路から同時に排出される前記ガスが集合する
   ことを特徴とする燃料電池。
9. 請求項６記載の燃料電池であって、
   前記スタック構造の積層方向に形成され、前記ガス供給マニホールドあるいは前記ガス排出マニホールドとして働く複数の管状構造を備え、
   前記管状構造の少なくとも一つは、内部の所定の位置に、内部を通過するガスの流れを遮断する遮断部を有し、
   前記遮断部よりも前記ガスの流れの上流側に配設された前記単セルでは、前記遮断部を有する前記管状構造を前記ガス供給マニホールドとして働かせ、前記上流側に配設された前記単セルが備える前記単セル内ガス流路のそれぞれに対して前記ガスが同時に供給され、前記遮断部よりも前記ガスの流れの下流側に配設された前記単セルでは、前記遮断部よりも上流側で前記ガス排出マニホールドとして働いた前記管状構造を前記ガス供給マニホールドとして働かせ、前記下流側に配設された前記単セルが備える前記単セル内ガス流路のそれぞれに対して前記ガスを同時に供給する
   ことを特徴とする燃料電池。
10. 請求項６記載の燃料電池であって、
    該燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記スタック構造を、複数備え、
    前記燃料電池に供給される前記ガスは、予め分割された後に複数の前記スタック構造のそれぞれに対して供給されることを特徴とする
    燃料電池。
11. 請求項６記載の燃料電池であって、
    該燃料電池は、複数の前記分割流路形成部を備える前記スタック構造を、複数備え、
    複数の前記スタック構造の内の所定の一つに供給された前記ガスは、該所定のスタック構造が備える複数の前記分割流路形成部を順次通過する途中で、前記所定のスタック構造とは異なる前記スタック構造が備える前記分割流路形成部を経由することを特徴とする
    燃料電池。
12. 請求項６記載の燃料電池であって、
    前記ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が同一の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されており、
    ぞれぞれの前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路は、Ｕ字形をなす前記凹部の両端部において、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドと接続し、
    前記複数の分割流路形成部のそれぞれが備える前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構造の側面の一つに沿って互いに隣接して配設されることを特徴とする
    燃料電池。
13. 請求項６記載の燃料電池であって、
    前記ガスセパレータは、前記複数の凹部を、その両面にそれぞれ有し、
    前記ガスセパレータの一方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記一方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が第１の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されており、
    前記ガスセパレータの他方の面上に形成される複数の前記凹部は、前記他方の面の上方から見て、それぞれ、Ｕ字形をなし、各々のＵ字形が前記第１の方向とは逆向きの第２の方向を向き、かつ、互いに隣接するように配置されており、
    前記ガスセパレータの一方の面上に形成された複数の前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構造の第１の側面に沿って、互いに隣接するように配設され、
    前記ガスセパレータの他方の面上に形成された複数の前記凹部が形成する前記単セル内ガス流路のいずれかと連通する前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドは、前記スタック構造の第１の側面と対向する第２の側面に沿って、互いに隣接するように配設されていることを特徴とする
    燃料電池。
14. 請求項１２記載の燃料電池であって、
    燃料電池内部との間で熱交換することによって、前記電気化学反応に伴って生じる熱を取り除いて、燃料電池内部の温度が非所望の温度に上昇してしまうのを防ぐ冷却液を、その内部に通過させる流路であって、燃料電池内部の所定の複数の位置に設けられた冷却液路と、
    前記スタック構造の積層方向に形成され、前記冷却液を前記冷却液路に分配する、あるいは、前記各冷却液路を通過した前記冷却液が集合する冷却液マニホールドとを備え、
    前記冷却液マニホールドは、前記スタック構造を形成する側面の一つに沿って互いに隣接して設けられた前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドの近傍に設けられ、前記ガス供給マニホールドおよび前記ガス排出マニホールドが配設された位置よりも、前記単セル内ガス流路が形成される場所から離れた位置に設けられたことを特徴とする
    燃料電池。