JP5385033B2 - 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・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池に関する。 The present invention includes a plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are horizontally stacked, and an electrode facing surface of the separator is provided along the electrodes. The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas is provided, and a reaction gas communication hole that passes through the reaction gas through the stacking direction is provided.
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発電ユニットを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電ユニットを積層することにより、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 power generation unit is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation units.
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。また、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。 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. Further, between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.
さらに、この種の燃料電池では、発電ユニットの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。 Further, in this type of fuel cell, a fuel gas inlet communication hole and a fuel gas outlet communication hole for flowing fuel gas through the power generation unit in the stacking direction, and an oxidant gas inlet communication hole for flowing oxidant gas In many cases, a so-called internal manifold type fuel cell is provided which includes an oxidant gas outlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole for flowing a cooling medium, and a cooling medium outlet communication hole.
内部マニホールド型燃料電池として、例えば、特許文献1に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この燃料電池では、図12に示すように、上下方向に沿って複数のアノード側流路1が形成されており、前記アノード側流路1の上流側には、水分配基板2及びガス分配基板3が配設されている。水分配基板2及びガス分配基板3には、それぞれ複数の細孔2a、3aが形成され、前記細孔2a、3aは、アノード側流路1に連通している。
As an internal manifold type fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell, as shown in FIG. 12, a plurality of anode side flow paths 1 are formed along the vertical direction, and a
燃料電池の上部側両側部には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔4a、4aと、燃料ガス導入用のマニホールド孔5a、5aとが形成されている。燃料電池の下部側両側部には、それぞれ一対の燃料ガス導出用のマニホールド孔5b、5bと、水導出用のマニホールド孔4b、4bとが形成されている。
A pair of water introduction manifold
水導入用のマニホールド孔4a、4aには、水ポンプ6から水が供給される一方、燃料ガス導入用のマニホールド孔5a、5aには、水素ガスボンベ7から燃料ガスが供給されている。水導出用のマニホールド孔4b、4b及び燃料ガス導出用のマニホールド孔5b、5bは、分離タンク8に連通しており、この分離タンク8に貯留される水は、冷却器9により冷却された後、水ポンプ6を介してマニホールド孔4a、4aに供給されている。
Water is supplied from a
上記の特許文献1では、アノード側流路1を流通して反応に使用された燃料ガスに含まれる水は、マニホールド孔4b、4bに導出されて分離タンク8に送られる一方、この使用済みの燃料ガスに含まれる水は、前記分離タンク8に導入されて前記燃料ガスから分離されている。
In the above-mentioned Patent Document 1, water contained in the fuel gas used for the reaction through the anode side flow path 1 is led to the
しかしながら、アノード側流路1の下流側(下端部側)には、特に、水が滞留し易く、大量に発生した滞留水を確実に排出することが困難であるという問題がある。 However, the downstream side (lower end portion side) of the anode-side channel 1 has a problem that water is particularly likely to stay and it is difficult to reliably discharge a large amount of the staying water.
しかも、燃料電池には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔4a、4a、燃料ガス導入用のマニホールド孔5a、5a、水導出用のマニホールド孔4b、4b及び燃料ガス導出用のマニホールド孔5b、5bが設けられている。このため、燃料電池全体の構成が複雑化し、前記燃料電池が大型化するとともに、コストが高騰するという問題がある。
In addition, each of the fuel cells includes a pair of water
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、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させ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 an object thereof is to provide a fuel cell capable of easily and reliably discharging stagnant water from the separator surface with a simple and compact configuration.
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・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池に関するものである。 The present invention includes a plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a fuel gas or The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas that is an oxidant gas is provided, and a reaction gas communication hole is provided that passes through the reaction gas in the stacking direction.
この燃料電池では、反応ガス流路の下端部位には、出口側の反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備えている。 In this fuel cell, the lower end portion of the reaction gas flow path is provided with an outlet buffer portion communicating with the reaction gas communication hole on the outlet side, and drainage having an outlet protruding into the reaction gas communication hole on the outlet side. A reaction passage portion extending from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side, and retaining the water remaining in the outlet buffer portion from the outlet of the drain passage portion to the outlet side. A drainage passage portion is provided for discharging to the gas communication hole.
また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔のガス流れ方向に対して傾斜する方向に開口する排水口を有することが好ましい。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that the outlet of the drainage passage portion has a drainage port that opens in a direction inclined with respect to the gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side.
さらに、この燃料電池では、電解質・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層されるとともに、排水用通路部の入口は、出口バッファ部の最下位置に開口することが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the electrolyte / electrode structure and the separator are stacked in the horizontal direction, and the inlet of the drainage passage is opened at the lowest position of the outlet buffer.
さらにまた、この燃料電池では、互いに隣接する発電ユニットに設けられる各排水用通路部は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the drain passage portions provided in the power generation units adjacent to each other are arranged in a staggered manner with respect to the stacking direction.
また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔に向かって狭まるように構成されることが好ましい。 In this fuel cell, the outlet of the drainage passage is preferably configured to narrow toward the outlet side reaction gas communication hole.
さらに、この燃料電池では、排水用通路部の入口は、出口バッファ部に向かって広がるように構成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the inlet of the drainage passage portion is configured to expand toward the outlet buffer portion.
さらにまた、この燃料電池では、排水用通路部は、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して配設されるパイプ部材により構成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the drainage passage part is constituted by a pipe member that extends from the outlet buffer part to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side.
また、この燃料電池では、パイプ部材は、少なくとも出口側の反応ガス連通孔の内部に進入する部位が、反応ガスの流れ方向に長尺な楕円形状を有することが好ましい。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that at least a portion of the pipe member that enters the reaction gas communication hole on the outlet side has an elliptical shape that is long in the flow direction of the reaction gas.
さらに、この燃料電池では、セパレータは、金属プレートにより構成されるとともに、排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第1折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第2折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることが好ましい。 Further, in this fuel cell, the separator is constituted by a metal plate, and the drainage passage portion is formed by overlapping the first bent portion of one of the separators adjacent to each other and the second bent portion of the other separator. It is preferable to be configured integrally.
さらにまた、この燃料電池では、出口側の反応ガス連通孔の反応ガス流れ方向上流側の第1折り曲げ部位は、反応ガス流れ方向下流側の第2折り曲げ部位よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, the first bent part on the upstream side in the reaction gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side may be set to a size larger than the second bent part on the downstream side in the reaction gas flow direction. preferable.
本発明によれば、排水用通路部が、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して設けられている。このため、排水用通路部の出口は、反応ガスの流れが速い反応ガス連通孔の内部に開口しており、前記排水用通路部の出口に負圧が発生する。 According to the present invention, the drainage passage portion is provided so as to extend from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side. For this reason, the outlet of the drainage passage is opened inside the reaction gas communication hole where the flow of the reaction gas is fast, and a negative pressure is generated at the outlet of the drainage passage.
従って、出口バッファ部に流動する反応ガスによる押し出し力と、反応ガス連通孔を流通する反応ガス流速により排水用通路部の出口に発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部の滞留水が良好に排出される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になり、排水性の向上が図られる。 Therefore, the retained water in the outlet buffer is good through the pushing force by the reactive gas flowing in the outlet buffer and the negative pressure generated at the outlet of the drainage passage by the flow rate of the reactive gas flowing through the reactive gas communication hole. To be discharged. Accordingly, it is possible to easily and reliably discharge the accumulated water from the separator surface with a simple and compact configuration, and the drainage performance can be improved.
図1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、発電ユニット12を備え、複数の前記発電ユニット12が、例えば、水平方向(矢印A方向)に沿って互いに積層されてスタックを構成する。なお、発電ユニット12は、重力方向(鉛直方向)に積層されてもよい。その際、後述するパイプ部材の出口は、下向き(重力方向)に設定される。
As shown in FIG. 1, the
発電ユニット12は、図1及び図2に示すように、第1セパレータ14、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)16及び第2セパレータ18を設ける。第1セパレータ14及び第2セパレータ18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縦長形状の金属板により構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1セパレータ14及び第2セパレータ18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。なお、第1セパレータ14及び第2セパレータ18は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
The
電解質膜・電極構造体16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22と、前記固体高分子電解質膜22を挟持するアノード側電極24及びカソード側電極26とを備える。アノード側電極24は、カソード側電極26よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型MEAを構成している。
The electrolyte membrane /
アノード側電極24及びカソード側電極26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22の両面に形成される。
The
図1に示すように、発電ユニット12の長辺方向(矢印C方向)の上端縁部には、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入口連通孔(反応ガス連通孔)30a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス連通孔)32aが設けられる。
As shown in FIG. 1, the upper end edge of the
発電ユニット12の長辺方向(矢印C方向)の下端縁部には、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出口連通孔(反応ガス連通孔)32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス連通孔)30bが設けられる。
A fuel gas outlet communication hole (reactive gas communication hole) 32b for communicating with each other in the direction of arrow A to discharge fuel gas is formed at the lower edge of the long side direction (arrow C direction) of the
発電ユニット12の短辺方向(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、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔34aが設けられるとともに、前記発電ユニット12の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔34bが設けられる。
At one edge of the
図1に示すように、第1セパレータ14の電解質膜・電極構造体16に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)36が形成される。燃料ガス流路36は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部36aを有するとともに、前記燃料ガス流路36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38及び出口バッファ部40が設けられる。
As shown in FIG. 1, a fuel gas flow path (reactive gas) that connects a fuel gas
第1セパレータ14の面14bには、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44の一部である複数の流路溝部44aが形成される。流路溝部44a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46a及び出口バッファ部48aが設けられる。
On the
第2セパレータ18の電解質膜・電極構造体16に向かう面18aには、図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する酸化剤ガス流路(反応ガス流路)50が形成される。酸化剤ガス流路50は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部50aを有する。酸化剤ガス流路50の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部52及び出口バッファ部54が設けられる。
On the
第2セパレータ18の面18bには、図1に示すように、冷却媒体流路44の一部である複数の流路溝部44bが形成される。流路溝部44b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46b及び出口バッファ部48bが設けられる。
As shown in FIG. 1, a plurality of
図1及び図2に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1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、個別に又は一体に設けられる。第2セパレータ18の面18a、18bには、この第2セパレータ18の外周端縁部を周回して第2シール部材58が、個別に又は一体に設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2,
第1セパレータ14は、燃料ガス入口連通孔32a及び燃料ガス流路36を連通する複数の供給孔部60aと、燃料ガス出口連通孔32b及び前記燃料ガス流路36を連通する複数の排出孔部60bとを有する。
The
図3に示すように、第2セパレータ18は、酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと酸化剤ガス流路50との連通部分は、複数の入口側連結流路62a及び複数の出口側連結流路62bを形成する複数の受け部64a、64bを設ける。
As shown in FIG. 3, the
第2セパレータ18には、出口バッファ部54から酸化剤ガス出口連通孔30bの内部まで延在し、前記出口バッファ部54に滞留する水を前記酸化剤ガス出口連通孔30bに排出させるパイプ部材(排水用通路部)66が設けられる。
The
パイプ部材66は、出口バッファ部54の最下位置54aに開口する入口66aを有し、前記入口66aは、前記出口バッファ部54に向かって広がるように構成される。
The
パイプ部材66は、略L字形状に直線的又は緩やかなR形状に屈曲乃至湾曲し、出口66bが酸化剤ガス出口連通孔30bの内部、すなわち、流速の速い高速部位68に開口する。この出口66bは、高速部位68に向かって狭まるように構成される。パイプ部材66の出口66bは、酸化剤ガス出口連通孔30bの酸化剤ガス流れ方向に対して傾斜する方向(略直交する方向)に開口する排出口を有する。
The
互いに隣接する発電ユニット12に設けられる各パイプ部材66は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置される。
The
図1に示すように、第1セパレータ14には、最下位置に配置される排出孔部60bに入口側が連通し、且つ出口側が燃料ガス出口連通孔32bの内部に開口されるパイプ部材(排水用通路部)70が設けられる。このパイプ部材70は、上記のパイプ部材66と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 1, the
発電ユニット12同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット12を構成する第1セパレータ14と、他方の発電ユニット12を構成する第2セパレータ18との間には、冷却媒体流路44が形成される。
As the
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、酸化剤ガス入口連通孔30a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32aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔34a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、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ18の酸化剤ガス流路50に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路50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16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、図2に示すように、燃料ガス入口連通孔32aから供給孔部60aを通って第1セパレータ14の面14a側に移動する。燃料ガスは、燃料ガス流路36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16のアノード側電極24に供給される(図1及び図2参照)。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the fuel gas moves from the fuel gas
従って、電解質膜・電極構造体16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24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16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、酸化剤ガス出口連通孔30b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16のアノード側電極24に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部60bを通って第1セパレータ14の面14b側に導出される。面14b側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔32bに排出される。
Next, the oxidant gas supplied and consumed to the
また、冷却媒体入口連通孔34aに供給された冷却媒体は、図1及び図2に示すように、一方の発電ユニット12を構成する第1セパレータ14と、他方の発電ユニット12を構成する第2セパレータ18との間に形成された冷却媒体流路44に導入される。
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium
このため、冷却媒体入口連通孔34aから冷却媒体流路44に供給される冷却媒体は、矢印B方向に移動して発電ユニット12を冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bに排出される。
For this reason, the cooling medium supplied to the cooling
この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、第2セパレータ18に出口バッファ部54から酸化剤ガス出口連通孔30bの内部(高速部位68)まで延在して、パイプ部材66が設けられている。すなわち、パイプ部材66の出口66bは、酸化剤ガスの流れが速い高速部位68に対応して酸化剤ガス出口連通孔30bの内部に開口している。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
従って、図4に示すように、酸化剤ガスの流れ(矢印F方向)によって、パイプ部材66の出口66bに負圧が発生している。このため、出口バッファ部54に流動する酸化剤ガスによる押し出し力と、酸化剤ガス出口連通孔30bを流通する酸化剤ガス流速により出口66bに発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部54の滞留水が良好に排出されている。
Therefore, as shown in FIG. 4, a negative pressure is generated at the
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、第2セパレータ18の面内(酸化剤ガス流路50の面内)から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になるという効果が得られる。従って、酸化剤ガスの流通不良を確実に阻止し、しかも、大流量の酸化剤ガスによる掃気が不要になり、発電効率の低下を阻止して良好な発電性能を確実に維持することが可能になる。 Thereby, it is possible to obtain an effect that the accumulated water can be easily and reliably discharged from the surface of the second separator 18 (in the surface of the oxidant gas flow path 50) with a simple and compact configuration. Therefore, it is possible to reliably prevent poor oxidant gas flow and eliminate the need for scavenging with a large flow of oxidant gas to prevent a decrease in power generation efficiency and reliably maintain good power generation performance. Become.
さらに、パイプ部材66は、出口66bが酸化剤ガス出口連通孔30bに向かって狭められており、例えば、10°〜45°の傾斜角度を有している。このため、出口66bからの水の吸い出しが、一層確実に遂行されるという利点がある。一方、パイプ部材66の入口66aは、出口バッファ部54に向かって広げられており(例えば、10°〜45°の傾斜角度)、前記入口66aに滞留水が円滑に導入されて排水性の向上が容易に図られる。
Further, the
さらにまた、互いに隣接する発電ユニット12の各パイプ部材66は、積層方向に対して互いに千鳥状(オフセット)に配置されている。これにより、酸化剤ガス出口連通孔30bの流速の速い高速部位68を有効に活用することができ、排水性の向上が容易に図られる。
Furthermore, the
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材(排水用通路部)80の拡大斜視説明図である。 FIG. 5 is an enlarged perspective explanatory view of a pipe member (drainage passage portion) 80 constituting the fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
なお、第1の実施形態に係る燃料電池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。ここで、パイプ部材80は、酸化剤ガス出口及び燃料ガス出口のいずれにも適用可能である。また、以下に説明する第3〜第6の実施形態においても同様である。
The same components as those of the
パイプ部材80は、入口80aが出口バッファ部54に向かって広がる一方、出口80bが酸化剤ガス出口連通孔30bに向かって狭まるように構成される。出口80bは、酸化剤ガスの流れ方向(矢印F方向)に沿って長尺な楕円形状を有する(図5及び図6参照)。
The
このように構成される第2の実施形態では、パイプ部材80の出口80bが、酸化剤ガス出口連通孔30bに突出する部分を楕円形状に構成している。このため、特に、酸化剤ガス出口連通孔30bにおける酸化剤ガスの流れを乱すことがなく、前記酸化剤ガスの円滑な流れを可能にして流路断面積を確保することができるという利点がある。
In 2nd Embodiment comprised in this way, the
図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材(排水用通路部)90の要部拡大説明図である。 FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a main part of a pipe member (drainage passage part) 90 constituting a fuel cell according to the third embodiment of the present invention.
パイプ部材90は、酸化剤ガス出口連通孔30bの内部(高速部位68)に突出する出口90bが楕円形状を有するとともに、ガス流れ方向(矢印F方向)に対して角度θ°(例えば、3゜〜45゜)だけ傾斜する傾斜端面92を設ける。傾斜端面92は、酸化剤ガス流れ方向に沿って該流れ方向から離間する方向に傾斜している。
The pipe member 90 has an
このように構成される第3の実施形態では、パイプ部材90の出口90bに傾斜端面92が設けられている。従って、酸化剤ガスの流れによって、出口90bから水を一層円滑に排出させることが可能になるという利点がある。
In the third embodiment configured as described above, an
図8は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材(排水用通路部)100の要部拡大説明図である。 FIG. 8 is an enlarged explanatory view of a main part of a pipe member (drainage passage portion) 100 constituting a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention.
パイプ部材100は、酸化剤ガス出口連通孔30bの内部(高速部位68)に突出する出口100bを有するとともに、前記出口100bは、酸化剤ガス流れ方向(矢印F方向)上流側に向かって傾斜する開口端面102を有する。出口100bのガス流れ方向下流側の側面には、吐出開口部104が形成される。
The
このように構成される第4の実施形態では、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って流通する酸化剤ガスは、パイプ部材100の出口100bに設けられる開口端面102の案内作用下に、この出口100b内に導入された後、吐出開口部104から前記酸化剤ガス出口連通孔30bに吐出される。このため、出口100bに負圧を集中させることができ、排水性が一層良好に遂行されるという効果がある。
In the fourth embodiment configured as described above, the oxidant gas flowing along the oxidant gas
図9は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池110を構成する発電ユニット112の分解斜視説明図である。
FIG. 9 is an exploded perspective view of the
発電ユニット112は、第1セパレータ114、電解質膜・電極構造体16及び第2セパレータ116を備える。第1セパレータ114及び第2セパレータ116は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第1セパレータ114と前記第2セパレータ116とにより、排水用通路部118が一体に構成される。
The
排水用通路部118は、第1セパレータ114に一体成形される第1折り曲げ部位120と、第2セパレータ116に一体成形される第2折り曲げ部位122とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔30bの内部に突出して配置される。
The
図10に示すように、第1折り曲げ部位120は、第2折り曲げ部位122よりも酸化剤ガス出口連通孔30bの酸化剤ガス流れ方向上流側に配置されるとともに、前記第1折り曲げ部位120は、前記第2折り曲げ部位122よりも幅方向(矢印G方向)の寸法が大きく設定される。
As shown in FIG. 10, the first
第1折り曲げ部位120は、断面略コ字状を有するとともに、角部を湾曲させることにより、酸化剤ガスの流れを円滑にする機能を有する。第2折り曲げ部位122は、同様に断面コ字状を有し、開口側端部を第1折り曲げ部位120の内壁面に当接させることにより、排水用ノズル流路124が形成される。
The first
このように構成される第5の実施形態では、第1セパレータ114及び第2セパレータ116は、金属プレートで構成されるとともに、プレス成形によりそれぞれ第1折り曲げ部位120と第2折り曲げ部位122とを一体成形している。
In the fifth embodiment configured as described above, the
そして、第1セパレータ114と第2セパレータ116とにより、電解質膜・電極構造体16を挟持する際に、第1折り曲げ部位120と第2折り曲げ部位122とが互いに重なり合って、排水用ノズル流路124が形成される。
When the electrolyte membrane /
排水用ノズル流路124は、酸化剤ガス出口連通孔30bの内部に開放されており、酸化剤ガスの流れによって発生する負圧を介し、排水用ノズル流路124から酸化剤ガス出口連通孔30bに円滑に排水することが可能になるという利点がある。
The drainage
図11は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池130を構成する発電ユニット132の分解斜視説明図である。
FIG. 11 is an exploded perspective view of the
発電ユニット132は、第1セパレータ134、電解質膜・電極構造体16及び第2セパレータ136を備える。第1セパレータ134及び第2セパレータ136は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第1セパレータ134と前記第2セパレータ136とにより、排水用通路部138が一体に構成される。
The
排水用通路部138は、第1セパレータ114に溶着される第1折り曲げ部材140と、第2セパレータ116に溶着される第2折り曲げ部材142とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔30bの内部に突出して配置される。
The
このように構成される第6の実施形態では、第1折り曲げ部材140と第2折り曲げ部材142とにより排水用通路部138が構成されており、上記の第5の実施形態と同様の効果が得られる。
In the sixth embodiment configured as described above, the
なお、第1〜第6の実施形態では、第1セパレータ14(114、134)、電解質膜・電極構造体16及び第2セパレータ18(116、136)を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、3枚のセパレータと2枚の電解質膜・電極構造体とを備える、所謂、間引き冷却構造の発電ユニットを用いてもよい。
In the first to sixth embodiments, the first separator 14 (114, 134), the electrolyte membrane /
10、110、130…燃料電池 12、112、132…発電ユニット
14、18、114、116、134、136…セパレータ
16…電解質膜・電極構造体 22…固体高分子電解質膜
24…アノード側電極 26…カソード側電極
30a…酸化剤ガス入口連通孔 30b…酸化剤ガス出口連通孔
32a…燃料ガス入口連通孔 32b…燃料ガス出口連通孔
34a…冷却媒体入口連通孔 34b…冷却媒体出口連通孔
36…燃料ガス流路
38、46a、46b、52…入口バッファ部
40、48a、48b、54…出口バッファ部
44…冷却媒体流路 50…酸化剤ガス流路
66、70、80、90、100…パイプ部材
66a、80a…入口
66b、80b、90b、100b…出口
68…高速部位 92…傾斜端面
102…開口端面 104…吐出開口部
118、138…排水用通路部 120、122…折り曲げ部位
124…排水用ノズル流路 140、142…折り曲げ部材
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記反応ガス流路の下端部位には、出口側の前記反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、
出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備えることを特徴とする燃料電池。 A plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte and a separator are stacked, and a fuel gas or an oxidant gas along the electrodes are provided on the electrode facing surface of the separator. A fuel cell is provided with a reaction gas flow path for supplying a certain reaction gas, and provided with a reaction gas communication hole through which the reaction gas flows in the stacking direction,
At the lower end portion of the reaction gas flow path, an outlet buffer portion communicating with the reaction gas communication hole on the outlet side is provided,
A drainage passage portion having an outlet projecting into the reaction gas communication hole on the outlet side, extending from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side, and staying in the outlet buffer portion A fuel cell comprising: a drainage passage portion that discharges water to be discharged from the outlet of the drainage passage portion to the reaction gas communication hole on the outlet side.
前記排水用通路部の入口は、前記出口バッファ部の最下位置に開口することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte / electrode structure and the separator are stacked in a horizontal direction,
The fuel cell according to claim 1, wherein an inlet of the drainage passage portion opens at a lowermost position of the outlet buffer portion.
前記排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第1折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第2折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the separator is constituted by a metal plate,
The drainage passage portion is configured integrally with a first bent portion of one of the separators adjacent to each other and a second bent portion of the other separator overlapping each other.
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