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JP2015002061A - Fuel cell stack - Google Patents

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JP2015002061A
JP2015002061A JP2013125610A JP2013125610A JP2015002061A JP 2015002061 A JP2015002061 A JP 2015002061A JP 2013125610 A JP2013125610 A JP 2013125610A JP 2013125610 A JP2013125610 A JP 2013125610A JP 2015002061 A JP2015002061 A JP 2015002061A
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JP
Japan
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fuel cell
communication hole
flow path
separator
depth
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Pending
Application number
JP2013125610A
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Japanese (ja)
Inventor
秀忠 小嶋
Hidetada Kojima
秀忠 小嶋
秀晴 内藤
Hideharu Naito
秀晴 内藤
成志 好永
Seishi Yoshinaga
成志 好永
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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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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Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック10を構成する燃料電池11は、カソード側セパレータ14を備える。カソード側セパレータ14には、酸化剤ガス流路30と、前記酸化剤ガス流路30の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路溝36a、38aを有する入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bとが設けられる。酸化剤ガス流路30、入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bには、酸化剤ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部40が設けられる。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To easily discharge generated water with a simple and compact configuration, and to secure desired power generation performance.
A fuel cell constituting a fuel cell stack includes a cathode separator. The cathode-side separator 14 includes an oxidant gas passage 30 and an inlet buffer portion 32a and an outlet having a plurality of connecting passage grooves 36a and 38a connected to the inlet side and the outlet side of the oxidant gas passage 30, respectively. And a buffer unit 32b. The oxidant gas flow path 30, the inlet buffer part 32a, and the outlet buffer part 32b are provided with a depth variation part 40 in which the flow path depth partially decreases in the oxidant gas flow direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack having a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked.

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一面側にアノード電極が、前記電解質膜の他面側にカソード電極が、配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、一対のセパレータによって挟持されることにより、単位セル(発電セル)が構成されている。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 in which an anode electrode is provided on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is provided on the other side of the electrolyte membrane ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between a pair of separators to constitute a unit cell (power generation cell). 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、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路(以下、反応ガス流路ともいう)が設けられている。また、他方のセパレータの面内に、カソード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(以下、反応ガス流路ともいう)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、セパレータ面に沿って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 channel (hereinafter also referred to as a reaction gas channel) for flowing fuel gas is provided in the surface of one separator so as to face the anode electrode. In addition, an oxidant gas flow path (hereinafter also referred to as a reaction gas flow path) for flowing an oxidant gas is provided in the surface of the other separator so as to face the cathode electrode. Furthermore, between each separator which comprises each fuel cell and adjoins mutually, the cooling medium flow path for flowing a cooling medium in the electrode range is formed along the separator surface.

ところで、酸化剤ガス流路では、発電反応により生成された生成水が滞留し易い一方、燃料ガス流路では、MEAを逆拡散した前記生成水が滞留するおそれがある。さらに、セパレータの面内には、投入された水分が凝縮して結露水が発生し易い。このため、滞留水や結露水により流路内が閉塞されて反応ガスの供給不足が惹起され、MEAの膜劣化や発電性能の低下が発生する場合がある。   Meanwhile, in the oxidant gas flow path, the generated water generated by the power generation reaction tends to stay, whereas in the fuel gas flow path, the generated water obtained by reverse diffusion of the MEA may stay. Furthermore, in the surface of the separator, the introduced water is condensed and condensed water is likely to be generated. For this reason, the inside of a flow path is obstruct | occluded by a stagnant water or dew condensation water, the supply shortage of a reactive gas is caused, and the membrane degradation of MEA and the fall of power generation performance may generate | occur | produce.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、電解質体の一方の面にアノード電極、他方の面にカソード電極を形成したセルと、燃料プレートと、酸化剤プレートとを備えている。燃料プレートは、燃料ガスが流通する複数の燃料室と、前記燃料室へ前記燃料ガスを供給する燃料導入路と、前記燃料室から排出された燃料排ガスを排出する燃料排出路とを有している。酸化剤プレートは、酸化剤ガスが流通する複数の酸化剤室と、前記酸化剤室へ酸化剤ガスを供給する酸化剤導入路と、前記複数の酸化剤室のそれぞれに独立して設けられ前記酸化剤室から排出された酸化剤排ガスを排出する酸化剤排出路とを有している。   Thus, for example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. This fuel cell includes a cell in which an anode electrode is formed on one surface of an electrolyte body and a cathode electrode is formed on the other surface, a fuel plate, and an oxidizer plate. The fuel plate has a plurality of fuel chambers through which fuel gas flows, a fuel introduction path for supplying the fuel gas to the fuel chamber, and a fuel discharge path for discharging fuel exhaust gas discharged from the fuel chamber. Yes. The oxidant plate is provided independently for each of the plurality of oxidant chambers through which the oxidant gas flows, the oxidant introduction path for supplying the oxidant gas to the oxidant chamber, and the plurality of oxidant chambers. And an oxidant discharge path for discharging the oxidant exhaust gas discharged from the oxidant chamber.

この燃料電池では、セルのアノード側に燃料室、カソード側に酸化剤室が対向するように、前記セルを燃料プレートと酸化剤プレートとによって挟持してセルユニットを構成している。そして、酸化剤排出路は、酸化剤室に連通する第1開口部と外気へ連通する第2開口部とを備えている。その際、断面積は、第1開口部から第2開口部へ向かって漸次小さくなるように形成するとともに、リブの主平面形状が全て同一である。   In this fuel cell, a cell unit is constituted by sandwiching the cell between a fuel plate and an oxidant plate so that a fuel chamber faces the anode side of the cell and an oxidant chamber faces the cathode side. The oxidant discharge path includes a first opening communicating with the oxidant chamber and a second opening communicating with the outside air. At that time, the cross-sectional area is formed so as to gradually decrease from the first opening toward the second opening, and the main planar shapes of the ribs are all the same.

従って、酸化剤排出路は、第1開口部から第2開口部へ向かってガス圧が高くなり、酸化剤ガスの流速が速くなるため、水分が前記酸化剤排出路から勢いよく排出される、としている。   Therefore, in the oxidant discharge path, the gas pressure increases from the first opening toward the second opening, and the flow rate of the oxidant gas increases, so that moisture is discharged from the oxidant discharge path vigorously. It is said.

特許第3679789号公報Japanese Patent No. 3679789

しかしながら、上記の燃料電池では、流路しぼりである酸化剤排出路が、発電部である酸化剤室の外部に設けられている。このため、発電部以外に非発電領域を設けることが必要になり、燃料電池全体の発電効率が低下するとともに、大型化するという問題がある。   However, in the fuel cell described above, an oxidant discharge path that is a flow passage is provided outside the oxidant chamber that is a power generation unit. For this reason, it is necessary to provide a non-power generation region in addition to the power generation unit, and there is a problem that the power generation efficiency of the entire fuel cell is reduced and the size is increased.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池スタック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 stack that can discharge generated water satisfactorily with a simple and compact configuration and can ensure desired power generation performance. For the purpose.

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されている。燃料電池スタックには、積層方向に反応ガスを流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されている。   The fuel cell stack according to the present invention has a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, and a plurality of the fuel cells are laminated. The fuel cell stack is formed with a reaction gas inlet communication hole and a reaction gas outlet communication hole through which the reaction gas flows in the stacking direction.

この燃料電池スタックでは、セパレータには、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔に連通し、反応ガスをセパレータ面に沿って流通させる反応ガス流路が設けられている。セパレータには、反応ガス流路の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路を有するバッファ部が設けられている。そして、少なくとも反応ガス流路又はバッファ部の連結流路には、反応ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部が設けられている。   In this fuel cell stack, the separator is provided with a reaction gas flow path that communicates with the reaction gas inlet communication hole and the reaction gas outlet communication hole and distributes the reaction gas along the separator surface. The separator is provided with a buffer portion having a plurality of connection channels connected to the inlet side and the outlet side of the reaction gas channel. At least the reaction gas flow path or the connection flow path of the buffer part is provided with a depth varying portion in which the flow path depth partially decreases in the reaction gas flow direction.

また、この燃料電池スタックでは、少なくとも反応ガス流路又は連結流路内には、複数の凸状部材が断続的に配置されることにより、流路深さが部分的に減少する複数の深さ変動部が設けられることが好ましい。   Further, in this fuel cell stack, a plurality of depths at which the flow path depth is partially reduced by discontinuously disposing a plurality of convex members in at least the reaction gas flow path or the connection flow path. It is preferable that a variable part is provided.

さらに、この燃料電池スタックでは、凸状部材は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の前記凸状部材を備えることが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that the convex member includes at least a plurality of types of the convex members having different height dimensions or shapes.

本発明によれば、反応ガス流路又はバッファ部の連結流路には、深さ変動部が設けられており、流路深さが減少して圧損(圧力損失)増加部が流路内に部分的に設けられている。このため、流路内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になる。   According to the present invention, the depth variation portion is provided in the reaction gas flow path or the connection flow path of the buffer portion, and the pressure loss (pressure loss) increase portion is reduced in the flow path by decreasing the flow path depth. Partially provided. For this reason, in the flow path, the staying generated water and dew condensation water are discharged well by the increase and decrease of the pressure loss, and the drainage is easily improved. Therefore, the generated water can be discharged satisfactorily with a simple and compact configuration, and desired power generation performance can be ensured.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell constituting a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the cathode side separator which comprises the said fuel cell. 前記カソード側セパレータに設けられる深さ変動部の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the depth variation part provided in the cathode side separator. 前記深さ変動部の、図4中、V−V線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the depth varying portion taken along line VV in FIG. 4. 前記深さ変動部の、図4中、VI−VI線断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the depth varying portion taken along line VI-VI in FIG. 4. 前記深さ変動部の、図4中、VII−VII線断面図である。It is the VII-VII sectional view taken on the line of FIG. 4 of the said depth fluctuation | variation part. 前記燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side separator which comprises the said fuel cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

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スタック10は、複数の燃料電池11が立位姿勢(電極面が鉛直方向に平行)にて矢印A方向に積層される。なお、燃料電池11は、水平姿勢(電極面が水平方向に平行)にて矢印C方向に積層してもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of fuel cells 11 in the standing direction (the electrode surface is parallel to the vertical direction) in the arrow A direction. Laminated. The fuel cell 11 may be stacked in the arrow C direction in a horizontal posture (the electrode surface is parallel to the horizontal direction).

燃料電池11は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持するカソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16とを備える。カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ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薄板状金属セパレータにより構成される。   The fuel cell 11 includes an electrolyte membrane / electrode structure 12, and a cathode side separator 14 and an anode side separator 16 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12. The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin plate-like metal separator whose surface is subjected to anticorrosion treatment.

金属セパレータは、平面が矩形状を有するとともに、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。なお、カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。   The metal separator has a rectangular planar shape, and is formed into a concavo-convex shape by pressing into a wave shape. The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 may be constituted by, for example, a carbon separator instead of the metal separator.

カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向(矢印C方向)に向かい且つ長辺が水平方向(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、短辺が水平方向に向かい且つ長辺が重力方向に向かうように構成してもよい。   The cathode-side separator 14 and the anode-side separator 16 have a horizontally long shape, and the short sides are directed in the direction of gravity (arrow C direction) and the long sides are directed in the horizontal direction (arrow B direction) (horizontal stacking). Composed. In addition, you may comprise so that a short side may face a horizontal direction and a long side may go to a gravitational direction.

燃料電池11の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)18aと燃料ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)20bとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔18aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔20bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bは、略長方形状(略三角形状でもよい)を有するとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔18aは、前記燃料ガス出口連通孔20bよりも大きな開口面積に設定される。   The oxidant gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 18a and the fuel gas outlet communication hole (reaction) communicate with each other in the arrow A direction at one end edge of the long side direction (arrow B direction) of the fuel cell 11. Gas outlet communication hole) 20b. The oxidant gas inlet communication hole 18a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. The fuel gas outlet communication hole 20b discharges fuel gas, for example, hydrogen-containing gas. The oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b have a substantially rectangular shape (may be substantially triangular), and the oxidant gas inlet communication hole 18a is larger than the fuel gas outlet communication hole 20b. The opening area is set.

燃料電池11の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)20aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)18bとが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aは、略長方形状を有するとともに、前記酸化剤ガス出口連通孔18bは、前記燃料ガス入口連通孔20aよりも大きな開口面積に設定される。   A fuel gas inlet communication hole (reactive gas inlet communication hole) 20a for supplying fuel gas, which communicates with each other in the direction of arrow A, and an oxidant gas are communicated with the other end edge in the long side direction of the fuel cell 11. An oxidant gas outlet communication hole (reaction gas outlet communication hole) 18b for discharging is provided. The oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a have a substantially rectangular shape, and the oxidant gas outlet communication hole 18b is set to have a larger opening area than the fuel gas inlet communication hole 20a.

燃料電池11の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部一方には、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つの冷却媒体入口連通孔22aが設けられる。燃料電池11の短辺方向の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体出口連通孔22bが設けられる。   Two cooling medium inlet communication holes 22 a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium are provided at one end of both ends in the short side direction (arrow C direction) of the fuel cell 11. Two cooling medium outlet communication holes 22b for discharging the cooling medium are provided on the other end of both ends in the short side direction of the fuel cell 11.

冷却媒体入口連通孔22aの開口形状は、矢印B方向に沿って長尺な略長方形状に設定される。冷却媒体出口連通孔22bの開口形状は、矢印B方向に沿って長尺な略長方形状に設定される。   The opening shape of the cooling medium inlet communication hole 22a is set to a substantially rectangular shape that is long along the arrow B direction. The opening shape of the cooling medium outlet communication hole 22b is set to be a substantially rectangular shape that is long along the arrow B direction.

図2に示すように、電解質膜・電極構造体12は、例えば、フッ素系又は炭化水素系の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電極26及びアノード電極28とを備える。   As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a fluorine-based or hydrocarbon-based solid polymer electrolyte membrane 24 and a cathode electrode 26 and an anode electrode 28 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 24. With.

カソード電極26及びアノード電極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 cathode electrode 26 and the anode electrode 28 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer (not shown) to be formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24.

図3に示すように、カソード側セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔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、水平方向(矢印B方向)に延在し、酸化剤ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状(又は波状)の流路溝30aを有する。   As shown in FIG. 3, on the surface 14a of the cathode-side separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12, an oxidant gas flow path that connects an oxidant gas inlet communication hole 18a and an oxidant gas outlet communication hole 18b. 30 is formed. The oxidant gas flow path 30 extends in the horizontal direction (arrow B direction), and has a plurality of linear (or wave-shaped) flow path grooves 30a through which the oxidant gas flows in the long side direction along the separator surface. Have.

流路溝30aは、矢印B方向に互いに平行して延在する凸状部30b間に形成される。凸状部30bは、カソード側セパレータ14を厚さ方向に波形状に成形することにより、面14a側に突出して設けられる。   The flow channel 30a is formed between the convex portions 30b extending in parallel with each other in the arrow B direction. The convex portion 30b is provided so as to protrude toward the surface 14a by forming the cathode side separator 14 into a wave shape in the thickness direction.

酸化剤ガス流路30の入口近傍には、入口バッファ部32aが設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路30の出口近傍には、出口バッファ部32bが設けられる。入口バッファ部32aは、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔18aの近傍に面14a側に突出する複数個のエンボス34aを有する。   An inlet buffer portion 32 a is provided in the vicinity of the inlet of the oxidant gas flow path 30, and an outlet buffer portion 32 b is provided in the vicinity of the outlet of the oxidant gas flow path 30. The inlet buffer portion 32a has a substantially triangular shape along the shape of the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b, and a plurality of the protrusions projecting toward the surface 14a in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 18a. The emboss 34a is provided.

入口バッファ部32aは、酸化剤ガス流路30の入口と酸化剤ガス入口連通孔18aとを連通させる複数本の連結流路溝36aを有する。連結流路溝36aは、カソード側セパレータ14の上部側から下部側に向かって、順次、長尺になるように設定される。連結流路溝36aは、矢印B方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部36b間に形成される。連結凸状部36bは、カソード側セパレータ14を厚さ方向に波形状に成形することにより、面14a側に突出して設けられる。   The inlet buffer portion 32a has a plurality of connecting flow channel grooves 36a that allow the inlet of the oxidant gas flow channel 30 to communicate with the oxidant gas inlet communication hole 18a. The connecting flow channel groove 36a is set so as to become longer in order from the upper side to the lower side of the cathode separator 14. The connection channel groove 36a is formed between the connection convex portions 36b that are inclined downward in the direction of the arrow B and extend substantially parallel to each other. The connecting convex portion 36b is provided so as to protrude toward the surface 14a by forming the cathode side separator 14 into a wave shape in the thickness direction.

出口バッファ部32bは、酸化剤ガス出口連通孔18b及び燃料ガス入口連通孔20aの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記酸化剤ガス出口連通孔18bの近傍に面14a側に突出する複数個のエンボス34bを有する。   The outlet buffer portion 32b has a substantially triangular shape along the shapes of the oxidant gas outlet communication hole 18b and the fuel gas inlet communication hole 20a, and a plurality of the outlet buffer parts 32b project toward the surface 14a in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 18b. The emboss 34b is provided.

出口バッファ部32bは、酸化剤ガス流路30の出口と酸化剤ガス出口連通孔18bとを連通させる複数本の連結流路溝38aを有する。連結流路溝38aは、カソード側セパレータ14の上部側から下部側に向かって、順次、短尺になるように設定される。連結流路溝38aは、矢印B方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部38b間に形成される。連結凸状部38bは、カソード側セパレータ14を厚さ方向に波形状に成形することにより、面14a側に突出して設けられる。   The outlet buffer section 32b has a plurality of connecting flow channel grooves 38a that allow the outlet of the oxidant gas flow channel 30 and the oxidant gas outlet communication hole 18b to communicate with each other. The connection channel groove 38a is set to be shorter in order from the upper side to the lower side of the cathode separator 14. The connection flow path groove 38a is formed between the connection convex portions 38b inclined downward in the direction of the arrow B and extending substantially parallel to each other. The connecting convex portion 38b is provided so as to protrude toward the surface 14a by forming the cathode side separator 14 into a wave shape in the thickness direction.

第1の実施形態では、酸化剤ガス流路30、入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bの中、少なくとも1つに、例えば、全てに、酸化剤ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部40が設けられる。酸化剤ガス流路30では、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い幅方向(矢印C方向)両端側の流路溝30aに、複数、例えば、3つの深さ変動部40が設けられる。酸化剤ガス流路30では、幅方向内方側の流路溝30aに、例えば、2つの深さ変動部40が設けられ、さらに内方の前記流路溝30aに、例えば、1つの前記深さ変動部40が設けられる。幅方向中央側の流路溝30aには、深さ変動部40を設けなくてもよい。深さ変動部40は、酸化剤ガス流路30の幅方向中央側に向かって個数が減少していく。深さ変動部40は、流路溝30aの流れ方向に向かって隣合う流路溝30aで千鳥状に配置される。   In the first embodiment, at least one of the oxidant gas flow channel 30, the inlet buffer unit 32 a and the outlet buffer unit 32 b, for example, all have a flow channel depth in the flow direction of the oxidant gas. A depth variation portion 40 that is partially reduced is provided. In the oxidant gas flow path 30, a plurality of, for example, three depth varying portions 40 are formed in the flow path grooves 30 a on both ends in the width direction (arrow C direction) where the oxidant gas easily flows and the generated water tends to stay. Provided. In the oxidant gas flow channel 30, for example, two depth variation portions 40 are provided in the flow channel groove 30 a on the inner side in the width direction, and further, for example, one depth is formed in the flow channel groove 30 a on the inner side. A thickness variation unit 40 is provided. The depth changing portion 40 may not be provided in the flow channel 30a on the center side in the width direction. The number of the depth varying portions 40 decreases toward the center in the width direction of the oxidant gas flow path 30. The depth varying portions 40 are arranged in a staggered manner in the channel grooves 30a adjacent to each other in the flow direction of the channel grooves 30a.

深さ変動部40は、個別の部材として形成された後、カソード側セパレータ14に溶着や接着等により固定される。なお、深さ変動部40は、カソード側セパレータ14に一体成形してもよい。深さ変動部40は、カソード側セパレータ14の表面との交差部が滑らかなR形状で連結されることが好ましい。また、アノード側セパレータ16側でも、同様である。   After the depth varying portion 40 is formed as an individual member, it is fixed to the cathode-side separator 14 by welding or adhesion. Note that the depth varying portion 40 may be integrally formed with the cathode separator 14. The depth varying portion 40 is preferably connected in a smooth R shape at the intersection with the surface of the cathode separator 14. The same applies to the anode separator 16 side.

図4に示すように、深さ変動部40は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の凸状部材42a、42b及び42cを備える。図4及び図5に示すように、凸状部材42aは、ブロック体により構成されて流路溝30aに配置され、流路溝30aから断面山形状に突出する。凸状部材42aは、断面が左右対称形状であることが好ましい。凸状部材42aは、頂部42aeを有し、流路溝30aの深さD1よりも浅い深さD2に設定される(D1>D2)。   As shown in FIG. 4, the depth varying portion 40 includes a plurality of types of convex members 42 a, 42 b and 42 c having at least different height dimensions or shapes. As shown in FIGS. 4 and 5, the convex member 42 a is configured by a block body, is disposed in the flow channel groove 30 a, and projects in a cross-sectional mountain shape from the flow channel groove 30 a. The convex member 42a preferably has a symmetrical cross section. The convex member 42a has a top 42ae and is set to a depth D2 that is shallower than the depth D1 of the flow channel 30a (D1> D2).

図4及び図6に示すように、凸状部材42bは、ブロック体により構成されて流路溝30aに配置され、流路溝30a側に突出する断面山形状の頂部を切り欠いた窪み42brを有する。凸状部材42bは、断面が左右対称形状であることが好ましい。凸状部材42bの深さD3は、流路溝30aの深さD1よりも浅く設定されるとともに、凸状部材42aの深さD2よりも深く設定される(D1>D3>D2)。   As shown in FIGS. 4 and 6, the convex member 42b is formed of a block body and is disposed in the flow channel groove 30a. The convex member 42b has a recess 42br cut out from the top of the mountain-shaped cross section protruding toward the flow channel groove 30a. Have. The convex member 42b preferably has a symmetrical cross section. The depth D3 of the convex member 42b is set to be shallower than the depth D1 of the flow channel groove 30a, and is set to be deeper than the depth D2 of the convex member 42a (D1> D3> D2).

図4及び図7に示すように、凸状部材42cは、ブロック体により構成されて流路溝30aに配置され、流路溝30a側に突出する平坦面42cfを有する。凸状部材42cの深さD4は、流路溝30aの深さD1よりも浅く設定されるとともに、凸状部材42aの深さD2及び凸状部材42bの深さD3よりも深く設定される(D1>D4>D3>D2)。例えば、凸状部材42aと凸状部材42bとは、流路溝30a内のガス流れ方向に向かって交互に配置される一方、凸状部材42cは、前記流路溝30a内に1つが配置される。なお、深さ変動部40は、上記の凸状部材42a〜42cに限定されるものではなく、4種類以上の深さ又は形状の異なる凸状部材を用いることができる。   As shown in FIGS. 4 and 7, the convex member 42 c is configured by a block body, is disposed in the flow channel groove 30 a, and has a flat surface 42 cf protruding toward the flow channel groove 30 a. The depth D4 of the convex member 42c is set shallower than the depth D1 of the flow channel 30a, and is set deeper than the depth D2 of the convex member 42a and the depth D3 of the convex member 42b ( D1> D4> D3> D2). For example, the convex members 42a and the convex members 42b are alternately arranged in the gas flow direction in the flow channel 30a, while one convex member 42c is arranged in the flow channel 30a. The In addition, the depth fluctuation | variation part 40 is not limited to said convex-shaped member 42a-42c, The convex-shaped member from which 4 or more types of depth or shapes differ can be used.

図3に示すように、入口バッファ部32aでは、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い幅方向(矢印C方向)上方側の、すなわち、最も短尺な連結流路溝36aに、複数、例えば、3つの深さ変動部40が設けられる。長尺側の連結流路溝36aには、2つの深さ変動部40を設け、1つの前記深さ変動部40を設け又は該深さ変動部40を設けなくてもよい。深さ変動部40は、上流側から下流側に向かって個数を減少させる。なお、出口バッファ部32b側は、上記の入口バッファ部32aとは対称形状を有する他、同様に構成される。   As shown in FIG. 3, in the inlet buffer portion 32a, the oxidant gas easily flows and the generated water stays in the upper side in the width direction (arrow C direction), that is, in the shortest connecting flow channel groove 36a. A plurality of, for example, three depth varying portions 40 are provided. In the long-side connecting flow channel groove 36a, two depth varying portions 40 may be provided, one depth varying portion 40 may be provided, or the depth varying portion 40 may not be provided. The depth variation unit 40 decreases the number from the upstream side toward the downstream side. The outlet buffer portion 32b side has the same shape as the inlet buffer portion 32a and has the same configuration.

図8に示すように、アノード側セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとを連通する燃料ガス流路44が形成される。燃料ガス流路44は、水平方向(矢印B方向)に延在し、燃料ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状(又は波状)の流路溝44aを有する。   As shown in FIG. 8, a fuel gas flow path 44 that connects the fuel gas inlet communication hole 20 a and the fuel gas outlet communication hole 20 b is formed on the surface 16 a of the anode separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. Is done. The fuel gas channel 44 extends in the horizontal direction (arrow B direction), and has a plurality of linear (or wavy) channel grooves 44a that allow the fuel gas to flow in the long side direction along the separator surface.

流路溝44aは、矢印B方向に互いに平行して延在する凸状部44b間に形成される。凸状部44bは、アノード側セパレータ16を厚さ方向に波形状に成形することにより、面16a側に突出して設けられる。   The channel groove 44a is formed between the convex portions 44b extending in parallel with each other in the arrow B direction. The convex portion 44b is provided so as to protrude toward the surface 16a by forming the anode separator 16 into a wave shape in the thickness direction.

燃料ガス流路44の入口近傍には、入口バッファ部46aが設けられるとともに、前記燃料ガス流路44の出口近傍には、出口バッファ部46bが設けられる。入口バッファ部46aは、燃料ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔18bの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記燃料ガス入口連通孔20aの近傍に面16a側に突出する複数個のエンボス48aを有する。   An inlet buffer portion 46 a is provided near the inlet of the fuel gas passage 44, and an outlet buffer portion 46 b is provided near the outlet of the fuel gas passage 44. The inlet buffer portion 46a has a substantially triangular shape along the shapes of the fuel gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 18b, and a plurality of the inlet buffer portions 46a project toward the surface 16a in the vicinity of the fuel gas inlet communication hole 20a. Of embossing 48a.

入口バッファ部46aは、燃料ガス流路44の入口と燃料ガス入口連通孔20aとを連通させる複数本の連結流路溝50aを有する。連結流路溝50aは、アノード側セパレータ16の上部側から下部側に向かって、順次、長尺になるように設定される。連結流路溝50aは、矢印B方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部50b間に形成される。連結凸状部50bは、アノード側セパレータ16を厚さ方向に波形状に成形することにより、面16a側に突出して設けられる。   The inlet buffer portion 46a has a plurality of connecting flow channel grooves 50a that connect the inlet of the fuel gas flow channel 44 and the fuel gas inlet communication hole 20a. The connecting flow channel groove 50a is set so as to become longer in order from the upper side to the lower side of the anode separator 16. The connection channel groove 50a is formed between the connection convex portions 50b that are inclined downward in the direction of the arrow B and extend substantially parallel to each other. The connecting convex portion 50b is provided so as to protrude toward the surface 16a by forming the anode separator 16 into a wave shape in the thickness direction.

出口バッファ部46bは、燃料ガス出口連通孔20b及び酸化剤ガス入口連通孔18aの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記燃料ガス出口連通孔20bの近傍に面16a側に突出する複数個のエンボス48bを有する。   The outlet buffer portion 46b has a substantially triangular shape along the shapes of the fuel gas outlet communication hole 20b and the oxidant gas inlet communication hole 18a, and a plurality of the outlet buffer portions 46b project toward the surface 16a in the vicinity of the fuel gas outlet communication hole 20b. Embossing 48b.

出口バッファ部46bは、燃料ガス流路44の出口と燃料ガス出口連通孔20bとを連通させる複数本の連結流路溝52aを有する。連結流路溝52aは、アノード側セパレータ16の上部側から下部側に向かって、順次、短尺になるように設定される。連結流路溝52aは、矢印B方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部52b間に形成される。連結凸状部52bは、アノード側セパレータ16を厚さ方向に波形状に成形することにより、面16a側に突出して設けられる。   The outlet buffer portion 46b has a plurality of connecting flow channel grooves 52a that allow the outlet of the fuel gas flow channel 44 and the fuel gas outlet communication hole 20b to communicate with each other. The connecting channel groove 52a is set so as to become shorter in order from the upper side to the lower side of the anode-side separator 16. The connection channel groove 52a is formed between the connection convex portions 52b that are inclined downward in the direction of the arrow B and extend substantially parallel to each other. The connecting convex portion 52b is provided so as to protrude toward the surface 16a by forming the anode separator 16 into a wave shape in the thickness direction.

第1の実施形態では、燃料ガス流路44、入口バッファ部46a及び出口バッファ部46bの中、少なくとも1つに、例えば、全てに、燃料ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部40が設けられる。深さ変動部40は、酸化剤ガス流路30側と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。   In the first embodiment, at least one, for example, all of the fuel gas flow path 44, the inlet buffer section 46a, and the outlet buffer section 46b have a partial flow path depth in the fuel gas flow direction. A depth variation unit 40 is provided which decreases to a minimum. The depth variation unit 40 is configured in the same manner as the oxidant gas flow path 30 side, and a detailed description thereof is omitted.

図1に示すように、アノード側セパレータ16の面16bとカソード側セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体入口連通孔22a、22aと冷却媒体出口連通孔22b、22bとに連通する冷却媒体流路54が形成される。冷却媒体流路54は、電解質膜・電極構造体12の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させる。   As shown in FIG. 1, between the surface 16b of the anode-side separator 16 and the surface 14b of the cathode-side separator 14, cooling that communicates with the cooling medium inlet communication holes 22a, 22a and the cooling medium outlet communication holes 22b, 22b. A medium flow path 54 is formed. The cooling medium flow channel 54 circulates the cooling medium over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

アノード側セパレータ16では、冷却媒体流路54は、燃料ガス流路44の裏面形状であり、カソード側セパレータ14では、前記冷却媒体流路54は、酸化剤ガス流路30の裏面形状である。   In the anode-side separator 16, the cooling medium flow path 54 has a back surface shape of the fuel gas flow path 44, and in the cathode-side separator 14, the cooling medium flow path 54 has a back surface shape of the oxidant gas flow path 30.

カソード側セパレータ14の面14a、14bには、このカソード側セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材56が一体成形される。アノード側セパレータ16の面16a、16bには、このアノード側セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材58が一体成形される。第1シール部材56及び第2シール部材58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等の弾性を有するシール部材が用いられる。   A first seal member 56 is integrally formed on the surfaces 14 a and 14 b of the cathode-side separator 14 around the outer peripheral edge of the cathode-side separator 14. A second seal member 58 is integrally formed on the surfaces 16 a and 16 b of the anode separator 16 around the outer peripheral edge of the anode separator 16. As the first seal member 56 and the second seal member 58, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

このように構成される燃料電池11の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 11 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔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、燃料ガス入口連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔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 inlet communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 20a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22a.

このため、酸化剤ガスは、図1及び図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aから入口バッファ部32aを通ってカソード側セパレータ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B方向(水平方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のカソード電極26に供給される。   Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 18a through the inlet buffer portion 32a into the oxidant gas flow path 30 of the cathode-side separator 14. The oxidant gas moves in the arrow B direction (horizontal direction) along the oxidant gas flow path 30 and is supplied to the cathode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

一方、燃料ガスは、図8に示すように、燃料ガス入口連通孔20aから入口バッファ部46aを通ってアノード側セパレータ16の燃料ガス流路44に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路44に沿って水平方向(矢印B方向)に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード電極28に供給される(図1参照)。   On the other hand, as shown in FIG. 8, the fuel gas is supplied from the fuel gas inlet communication hole 20a to the fuel gas passage 44 of the anode separator 16 through the inlet buffer 46a. The fuel gas moves in the horizontal direction (arrow B direction) along the fuel gas flow path 44 and is supplied to the anode electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 (see FIG. 1).

従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード電極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 / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode electrode 28 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called.

次いで、電解質膜・電極構造体12のカソード電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、図1及び図3に示すように、出口バッファ部32bから酸化剤ガス出口連通孔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のアノード電極28に供給されて消費された燃料ガスは、図8に示すように、出口バッファ部46bから燃料ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, as shown in FIGS. 1 and 3, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is consumed from the outlet buffer 32b along the oxidant gas outlet communication hole 18b. It is discharged in the direction of arrow A. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is discharged from the outlet buffer portion 46b in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 20b as shown in FIG. Is done.

また、一対の冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ14及びアノード側セパレータ16間の冷却媒体流路54に導入される。冷却媒体は、図1に示すように、一旦矢印C方向(重力方向)内方に沿って流動した後、矢印B方向(水平方向)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C方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   The cooling medium supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 22 a is introduced into the cooling medium flow path 54 between the cathode side separator 14 and the anode side separator 16. As shown in FIG. 1, the cooling medium once flows in the direction of arrow C (gravity direction) and then moves in the direction of arrow B (horizontal direction) to cool the electrolyte membrane / electrode structure 12. This cooling medium moves outward in the direction of arrow C, and is then discharged to the pair of cooling medium outlet communication holes 22b.

この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、酸化剤ガス流路30を構成する流路溝30aには、必要に応じて所定数の深さ変動部40が設けられている。深さ変動部40は、例えば、凸状部材42a、42b及び42cを備え、必要に応じていずれか又は全てが設置される。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, a predetermined number of depth varying portions 40 are provided in the flow channel 30 a constituting the oxidant gas flow channel 30 as necessary. . The depth varying unit 40 includes, for example, convex members 42a, 42b, and 42c, and any or all of them are installed as necessary.

このため、流路溝30aでは、深さ変動部40が設けられた部位の流路深さが、最大の深さD1からこれよりも浅い深さD2、D3又はD4に減少する。例えば、図4に示すように、流路溝30a内では、凸状部材42a、凸状部材42b及び凸状部材42aが交互に配置されており、これらを通過する酸化剤ガスの圧損(圧力損失)が同期的に変化して増加している。   For this reason, in the flow channel groove 30a, the flow channel depth of the portion where the depth varying portion 40 is provided is reduced from the maximum depth D1 to the shallower depth D2, D3, or D4. For example, as shown in FIG. 4, convex members 42 a, convex members 42 b, and convex members 42 a are alternately arranged in the flow channel 30 a, and the pressure loss (pressure loss) of the oxidant gas passing through these members. ) Is changing synchronously and increasing.

従って、流路溝30a内では、圧損増加部が部分的に設けられている。これにより、流路溝30a内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the pressure loss increasing portion is partially provided in the flow channel 30a. Thereby, in the channel groove 30a, the staying generated water and dew condensation water are discharged well by the increase / decrease in pressure loss, and the drainage can be easily improved. For this reason, with the simple and compact configuration, the produced water can be discharged well, and an effect that desired power generation performance can be secured is obtained.

さらに、第1の実施形態では、入口バッファ部32a及び出口バッファ部32bを構成する連結流路溝36a及び連結流路溝38aには、それぞれ必要に応じて所定数の深さ変動部40が設けられている。その上、入口バッファ部32aでは、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い最も短尺な連結流路溝36aに、複数、例えば、3つの深さ変動部40が設けられている。深さ変動部40は、入口バッファ部32aの幅方向中央側に向かって個数が減少していく。深さ変動部40は、連結流路溝36aの流れ方向に向かって隣合う連結流路溝36aで千鳥状に配置される。出口バッファ部32bでも、同様である。   Furthermore, in the first embodiment, a predetermined number of depth varying portions 40 are provided in the connection flow channel grooves 36a and the connection flow channel grooves 38a constituting the inlet buffer portion 32a and the outlet buffer portion 32b, respectively, as necessary. It has been. In addition, in the inlet buffer section 32a, a plurality of, for example, three depth varying sections 40 are provided in the shortest connecting channel groove 36a in which the oxidant gas easily flows and the generated water easily stays. The number of the depth changing portions 40 decreases toward the center in the width direction of the inlet buffer portion 32a. The depth varying portions 40 are arranged in a staggered manner in the connecting flow channel grooves 36a adjacent to each other in the flow direction of the connecting flow channel grooves 36a. The same applies to the outlet buffer 32b.

従って、連結流路溝36a内及び連結流路溝38a内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in the connection flow path groove 36a and the connection flow path groove 38a, the staying generated water and dew condensation water are discharged well by increasing and decreasing the pressure loss, and the drainage performance can be easily improved. Thereby, with the simple and compact configuration, the produced water can be discharged well, and an effect that desired power generation performance can be secured is obtained.

なお、燃料ガス流路44側では、上記の酸化剤ガス流路30側と同様に構成されている。このため、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られることから、酸化剤ガス流路30側と同様の効果が得られる。   The fuel gas channel 44 is configured in the same manner as the oxidant gas channel 30 side. For this reason, the produced water and dew condensation water which are retained are discharged well by the increase / decrease in the pressure loss, and the drainage performance is easily improved, so that the same effect as that on the oxidant gas flow path 30 side can be obtained.

図9は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック60を構成する燃料電池62の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell 62 constituting the fuel cell stack 60 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池62は、電解質膜・電極構造体12と、前記電解質膜・電極構造体12を挟持するカソード側セパレータ64及びアノード側セパレータ66とを備える。カソード側セパレータ64及びアノード側セパレータ66は、例えば、カーボンセパレータにより構成されるが、金属セパレータにより構成してもよい。   The fuel cell 62 includes an electrolyte membrane / electrode structure 12, and a cathode separator 64 and an anode separator 66 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12. The cathode side separator 64 and the anode side separator 66 are made of, for example, a carbon separator, but may be made of a metal separator.

カソード側セパレータ64の電解質膜・電極構造体12に向かう面64aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとを連通する酸化剤ガス流路68が形成される。酸化剤ガス流路68は、矢印B方向両端側に反転部を有する蛇行流路溝68aを有する。蛇行流路溝68aは、蛇行凸状部68b間に形成される。   An oxidant gas flow path 68 that connects the oxidant gas inlet communication hole 18 a and the oxidant gas outlet communication hole 18 b is formed on the surface 64 a of the cathode separator 64 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. The oxidant gas flow path 68 has meandering flow path grooves 68a having inversion portions on both ends in the direction of arrow B. The meandering channel groove 68a is formed between the meandering convex portions 68b.

第2の実施形態では、蛇行流路溝68aに深さ変動部40が設けられる。深さ変動部40の設置部位、設置個数及び種類は、滞留水が溜まり易い箇所や圧損の低い箇所等に応じて設定される。   In the second embodiment, the depth varying portion 40 is provided in the meandering channel groove 68a. The installation site, the installation number, and the type of the depth varying unit 40 are set according to a location where the accumulated water is likely to accumulate, a location where the pressure loss is low, and the like.

アノード側セパレータ66の電解質膜・電極構造体12に向かう面66aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとを連通する燃料ガス流路70が形成される。燃料ガス流路70は、矢印B方向両端側に反転部を有する蛇行流路溝70aを有する。蛇行流路溝70aは、蛇行凸状部70b間に形成される。   A fuel gas flow path 70 that connects the fuel gas inlet communication hole 20 a and the fuel gas outlet communication hole 20 b is formed on a surface 66 a of the anode separator 66 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. The fuel gas flow channel 70 has meandering flow channel grooves 70a having inversion portions on both ends in the direction of arrow B. The meandering channel groove 70a is formed between the meandering convex portions 70b.

第2の実施形態では、図示しないが、蛇行流路溝70aに深さ変動部40が設けられる。深さ変動部40の設置部位、設置個数及び種類は、滞留水が溜まり易い箇所や圧損の低い箇所等に応じて設定される。   In the second embodiment, although not shown, the depth varying portion 40 is provided in the meandering channel groove 70a. The installation site, the installation number, and the type of the depth varying unit 40 are set according to a location where the accumulated water is likely to accumulate, a location where the pressure loss is low, and the like.

このように構成される第2の実施形態では、酸化剤ガス流路68を構成する蛇行流路溝68aには、必要に応じて所定数の深さ変動部40が設けられている。このため、蛇行流路溝68a内では、圧損増加部が部分的に設けられ、前記蛇行流路溝68a内で滞留する生成水や結露水は、圧損の増減によって良好に排出される等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。なお、燃料ガス流路70側でも、同様である。   In the second embodiment configured as described above, a predetermined number of depth varying portions 40 are provided in the meandering channel groove 68a constituting the oxidant gas channel 68 as necessary. For this reason, in the meandering channel groove 68a, a pressure loss increasing portion is partially provided, and the generated water and the dew condensation water staying in the meandering channel groove 68a are well discharged by increasing or decreasing the pressure loss. The same effects as those of the first embodiment can be obtained. The same applies to the fuel gas channel 70 side.

10、60…燃料電池スタック 11…燃料電池
12…電解質膜・電極構造体 14、64…カソード側セパレータ
16、66…アノード側セパレータ 18a…酸化剤ガス入口連通孔
18b…酸化剤ガス出口連通孔 20a…燃料ガス入口連通孔
20b…燃料ガス出口連通孔 22a…冷却媒体入口連通孔
22b…冷却媒体出口連通孔 24…固体高分子電解質膜
26…カソード電極 28…アノード電極
30、68…酸化剤ガス流路 30a、44a…流路溝
32a、46a…入口バッファ部 32b、46b…出口バッファ部
36a、38a、50a、52a…連結流路溝
40…深さ変動部 42a〜42c…凸状部材
44、70…燃料ガス流路 54…冷却媒体流路
68a、70a…蛇行流路溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60 ... Fuel cell stack 11 ... Fuel cell 12 ... Electrolyte membrane and electrode structure 14, 64 ... Cathode side separator 16, 66 ... Anode side separator 18a ... Oxidant gas inlet communication hole 18b ... Oxidant gas outlet communication hole 20a ... fuel gas inlet communication hole 20b ... fuel gas outlet communication hole 22a ... cooling medium inlet communication hole 22b ... cooling medium outlet communication hole 24 ... solid polymer electrolyte membrane 26 ... cathode electrode 28 ... anode electrodes 30, 68 ... oxidant gas flow Channels 30a, 44a ... Channel grooves 32a, 46a ... Inlet buffer portions 32b, 46b ... Outlet buffer portions 36a, 38a, 50a, 52a ... Connection channel grooves 40 ... Depth varying portions 42a-42c ... Convex members 44, 70 ... Fuel gas passage 54 ... Cooling medium passage 68a, 70a ... Meandering passage groove

Claims (3)

電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向に反応ガスを流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池スタックであって、
前記セパレータには、前記反応ガス入口連通孔及び前記反応ガス出口連通孔に連通し、前記反応ガスをセパレータ面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路を有するバッファ部と、
が設けられるとともに、
少なくとも前記反応ガス流路又は前記バッファ部の前記連結流路には、前記反応ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
A reaction gas inlet having a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked and a reaction gas is circulated in the stacking direction A fuel cell stack in which a communication hole and a reaction gas outlet communication hole are formed,
The separator communicates with the reaction gas inlet communication hole and the reaction gas outlet communication hole, and a reaction gas flow path for allowing the reaction gas to flow along the separator surface;
A buffer unit having a plurality of connection channels each connected to the inlet side and the outlet side of the reaction gas channel;
Is provided,
At least the reactive gas flow path or the connection flow path of the buffer unit is provided with a depth varying portion in which the flow path depth partially decreases in the flow direction of the reactive gas. Battery stack.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、少なくとも前記反応ガス流路又は前記連結流路内には、複数の凸状部材が断続的に配置されることにより、前記流路深さが部分的に減少する複数の前記深さ変動部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a plurality of convex members are intermittently disposed at least in the reaction gas flow channel or the connection flow channel, whereby the flow channel depth is partially reduced. A fuel cell stack, wherein a plurality of the depth varying portions are provided. 請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記凸状部材は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の前記凸状部材を備えることを特徴とする燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the convex member includes at least a plurality of types of the convex members having different height dimensions or shapes.
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