JP2001023651A - Separator for fuel cell - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本願発明は、燃料電池に用い
られるセパレータに関し、特にセパレータの表面に形成
される溝部の形状に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator used for a fuel cell, and more particularly to a shape of a groove formed on a surface of the separator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、電気自動車用のモータのバッテリ
などに適用する目的で、燃料電池の開発が行われてい
る。燃料電池は、負極活物質としての水素を、白金（プ
ラチナ）などの触媒と接触させて電子とプロトンとに解
離した後、このプロトンを正極活物質としての酸素と反
応させて水が得られるという反応機構に基づいている。
すなわち、燃料電池は、負極側において水素から放出さ
れた電子が移動して正極側に達することにより起電力を
誘起するようになされている。2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have been developed for the purpose of application to batteries of motors for electric vehicles. In a fuel cell, after hydrogen as a negative electrode active material is brought into contact with a catalyst such as platinum (platinum) to dissociate it into electrons and protons, water is obtained by reacting the protons with oxygen as a positive electrode active material. Based on reaction mechanism.
That is, in the fuel cell, an electron emitted from hydrogen moves on the negative electrode side and reaches the positive electrode side to induce an electromotive force.
【０００３】このような原理に基づけば、燃料電池は、
化学的エネルギ変化を直接的に電気エネルギに変換でき
るため、他の発電方式に比べてエネルギの変換効率が極
めて高い。そのため、燃料電池は、カルノーサイクルに
基づく内燃機関に比べてエネルギロスが少なく、内燃機
関の代替手段である電気自動車用のモータのバッテリと
して有用である。[0003] Based on such a principle, a fuel cell is
Since the chemical energy change can be directly converted into electric energy, the energy conversion efficiency is extremely high as compared with other power generation methods. Therefore, the fuel cell has less energy loss than an internal combustion engine based on the Carnot cycle, and is useful as a battery of a motor for an electric vehicle, which is an alternative to the internal combustion engine.
【０００４】また、燃料電池では、排気ガスが主として
水蒸気であり、内燃機関のように窒素化合物、炭化水
素、あるいは一酸化水素といった有害ガスを排出するこ
とがないため、環境保護の観点からも燃料電池をバッテ
リとした電気自動車の実用化が望まれている。In a fuel cell, exhaust gas is mainly water vapor and does not emit harmful gases such as nitrogen compounds, hydrocarbons or hydrogen monoxide unlike an internal combustion engine. Practical use of electric vehicles using batteries as batteries has been desired.
【０００５】図２は、燃料電池が電気自動車に適用され
る場合の、燃料電池が収納される燃料電池スタックの一
例を示す図である。燃料電池スタック４は、必要な電圧
を取得するために複数の燃料電池４０が直列的に積層さ
れた構成とされ、エンドプレート４Ａ，４Ｂの間におい
て、ボルトＢおよびナットＮにより挟持されている。FIG. 2 is a diagram showing an example of a fuel cell stack in which a fuel cell is housed when the fuel cell is applied to an electric vehicle. The fuel cell stack 4 has a configuration in which a plurality of fuel cells 40 are stacked in series to obtain a required voltage, and is sandwiched between end plates 4A and 4B by bolts B and nuts N.
【０００６】燃料電池４０は、図８に示すように、第１
のセパレータ４１および第２のセパレータ４２と、これ
らのセパレータ４１，４２の間に介在されたイオン交換
膜４３と、イオン交換膜４３と第１のセパレータ４１お
よび第２のセパレータ４２との間に介在された負極集電
体４４および正極集電体４５と、負極集電体４４および
正極集電体４５の外枠を囲むようにして配置された第１
のガスケット４６および第２のガスケット４７とを備え
て構成されている。[0006] As shown in FIG.
Separator 41 and second separator 42, an ion exchange membrane 43 interposed between the separators 41 and 42, and an ion exchange membrane 43 interposed between the first separator 41 and the second separator 42. The negative electrode current collector 44 and the positive electrode current collector 45 thus formed, and the first current collector 44 disposed so as to surround the outer frames of the negative electrode current collector 44 and the positive electrode current collector 45.
, And a second gasket 47.
【０００７】第１および第２セパレータ４１，４２に
は、ボルト締め用のボルトＢが挿通する第１ないし第４
貫通孔４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄが形成されてお
り、この貫通孔４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄは、水
素ガスまたは酸素ガスを燃料電池４０に供給するための
供給路として共用されている。また、各セパレータ４
１，４２の一面側４１Ａ，４２Ａおよび他面側（図示せ
ず）には、各燃料電池４０に対して酸素ガスまたは水素
ガスを供給するための溝部５１，５２が形成されてお
り、各燃料電池４０は、隣り合う燃料電池４０同士で同
一のセパレータを共用するようにされている。The first and fourth separators 41 and 42 are provided with first through fourth bolts B for bolting.
Through holes 41 a to 41 d and 42 a to 42 d are formed, and the through holes 41 a to 41 d and 42 a to 42 d are shared as a supply path for supplying hydrogen gas or oxygen gas to the fuel cell 40. In addition, each separator 4
Grooves 51, 52 for supplying oxygen gas or hydrogen gas to each fuel cell 40 are formed on one side 41A, 42A and the other side (not shown) of the fuel cells 1 and 42, respectively. In the battery 40, the same separator is shared between adjacent fuel cells 40.
【０００８】セパレータ４１の一面側４１Ａの溝部５１
は、第１および第２貫通孔４１ａ，４１ｂに連通され、
図８には示されていないが、他面側の溝部は、第３およ
び第４貫通孔４１ｃ，４１ｄに連通されている。たとえ
ば、一面側４１Ａの溝部５１には酸素ガスが供給され、
他面側の溝部には水素ガスが供給される。この溝部５１
から各燃料電池４０の各部材に対して酸素ガスおよび水
素ガスが供給されることにより、燃料電池４０は、各セ
パレータ４１，４２で挟まれた領域において電池として
機能する。A groove 51 on one side 41A of the separator 41
Is communicated with the first and second through holes 41a and 41b,
Although not shown in FIG. 8, the groove on the other surface is communicated with the third and fourth through holes 41c and 41d. For example, oxygen gas is supplied to the groove 51 on the one surface 41A,
Hydrogen gas is supplied to the groove on the other side. This groove 51
By supplying oxygen gas and hydrogen gas to each member of each fuel cell 40 from above, the fuel cell 40 functions as a battery in a region sandwiched between the separators 41 and 42.
【０００９】セパレータ４１の一面側４１Ａに形成され
た溝部５１は、図８における左右方向に延びた２本の共
通溝部５１１と、両共通溝部５１１を繋ぐ複数本の個別
溝部５１２とによって構成されている。共通溝部５１１
は、その一端部５１３において、第１および第２貫通孔
４１ａ，４１ｂと連通され、個別溝部５１２は、両共通
溝部５１１の他端部５１４同士を接続し、各個別溝部５
１２が交差しないように、略逆Ｓ字状に延びて形成され
ている。The groove 51 formed on one surface 41A of the separator 41 is composed of two common grooves 511 extending in the left-right direction in FIG. 8 and a plurality of individual grooves 512 connecting the common grooves 511. I have. Common groove 511
Is connected to the first and second through-holes 41a and 41b at one end 513 thereof. The individual groove 512 connects the other ends 514 of both the common grooves 511 to each other.
12 are formed so as to extend in a substantially inverted S-shape so as not to intersect.
【００１０】ここで、たとえば、ガスが第１貫通孔４１
ａを通じて導入され、第２貫通孔４１ｂを通じて排出さ
れるとすると、セパレータ４１の一面側４１Ａの溝部５
１においては、ガスは、第１貫通孔４１ａから供給さ
れ、共通溝部５１１および個別溝部５１２を介して第２
貫通孔４１ｂに至る。Here, for example, the gas is supplied to the first through hole 41.
a through the second through-hole 41b, and the groove 5 on one surface 41A of the separator 41.
In 1, the gas is supplied from the first through hole 41a, and the second gas is supplied through the common groove portion 511 and the individual groove portion 512.
It reaches the through hole 41b.
【００１１】この場合、第１貫通孔４１ａに連通された
共通溝部５１１、およびこの共通溝部５１１の他端部５
１４付近、すなわち、第１貫通孔４１ａ寄りの溝部５１
においては、圧力損失の影響により、単位体積当たりの
ガス量は比較的多いが、ガスが溝部５１を通過する間に
圧力損失のために上記ガス量は徐々に少なくなってい
く。そのため、上流側の溝部５１と、下流側の溝部５１
（第２貫通孔４１ｂ寄りの溝部５１）とでは、ガス量に
差が生じ、ガス量が比較的少ない下流側の溝部５１で
は、ガスは各集電体４４，４５に対して充分に反応して
いないことが多い。したがって、溝部５１が形成された
領域、換言すれば、ガスの反応領域の全域がガスの反応
に有効に利用されているとは言い難く、燃料電池のエネ
ルギ変換が必ずしも効率的になされていないのが現状で
あった。In this case, the common groove 511 communicating with the first through hole 41a and the other end 5 of the common groove 511
14, near the first through hole 41a.
In the above, the gas amount per unit volume is relatively large due to the influence of the pressure loss, but the gas amount gradually decreases due to the pressure loss while the gas passes through the groove 51. Therefore, the upstream groove 51 and the downstream groove 51
(The groove portion 51 near the second through hole 41b) causes a difference in the gas amount. In the downstream groove portion 51 where the gas amount is relatively small, the gas sufficiently reacts with the current collectors 44 and 45. Often not. Therefore, it is difficult to say that the region in which the groove 51 is formed, in other words, the entire region of the gas reaction is effectively used for the reaction of the gas, and the energy conversion of the fuel cell is not necessarily performed efficiently. Was the current situation.
【００１２】[0012]
【発明の開示】本願発明は、上記した事情のもとで考え
出されたものであって、燃料電池のエネルギ変換をより
効率的に行うことができる、燃料電池のセパレータを提
供することを、その課題とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been conceived in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator capable of more efficiently performing energy conversion of a fuel cell. The subject.
【００１３】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。本願発明によれば、
積層された複数の燃料電池に適用され、各燃料電池を仕
切るために板状に形成されたセパレータであって、セパ
レータは、厚み方向に水素ガス用または酸素ガス用の流
路としての複数の貫通孔が形成されるとともに、側面に
貫通孔に連通しかつ貫通孔同士を接続する１本または複
数本の溝部が形成され、溝部は、ガスの導入口となる第
１の貫通孔寄りの上流側の部分と、ガスの排出口となる
第２の貫通孔寄りの下流側の部分とを有し、下流側の部
分の少なくとも一部が、上流側の部分の近傍にてそれに
沿って延びていることを特徴とする、燃料電池のセパレ
ータが提供される。In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means. According to the present invention,
A separator which is applied to a plurality of stacked fuel cells and is formed in a plate shape for partitioning each fuel cell, wherein the separator has a plurality of through holes as flow paths for hydrogen gas or oxygen gas in a thickness direction. A hole is formed, and one or more grooves communicating with the through-holes and connecting the through-holes are formed on the side surfaces, and the grooves are located on the upstream side near the first through-hole serving as a gas inlet. And a downstream portion near the second through hole serving as a gas outlet, and at least a portion of the downstream portion extends along and near the upstream portion. A fuel cell separator is provided.
【００１４】この発明によれば、セパレータの側面に形
成された溝部は、ガスの排出口となる第２の貫通孔寄り
の下流側の部分の一部が、ガスの導入口となる第１の貫
通孔寄りの上流側の部分に沿って延びている。そのた
め、単位体積当たりのガス量が比較的多い上流側の部分
と、ガス量が比較的少ない下流側の部分とが並設される
ことになり、溝部に水素ガスまたは酸素ガスが供給され
ると、上流側の部分と下流側の部分とが並設された領域
では、その領域においてガスの濃度分布がほぼ一様にな
る。According to the present invention, the groove formed on the side surface of the separator has a part on the downstream side near the second through hole serving as a gas outlet, and the first part serving as a gas inlet. It extends along the upstream portion near the through hole. Therefore, the upstream portion having a relatively large gas amount per unit volume and the downstream portion having a relatively small gas amount are arranged side by side, and when hydrogen gas or oxygen gas is supplied to the groove portion, In a region where the upstream portion and the downstream portion are arranged side by side, the gas concentration distribution in the region is substantially uniform.
【００１５】したがって、溝部が、上流側の部分と下流
側の部分とが隣接しながら側面の所定の反応領域におけ
るほぼ全域に行き渡るように延びていると、側面のほぼ
全域において、ガスはほぼ一様に反応し、領域内で部分
的に反応したり、あるいはしなかったりすることはな
い。そのため、実質的にガスの反応領域を広げることが
でき、溝部が形成された側面の領域を有効に利用するこ
とができる。なお、上記「上流側の部分」および「下流
側の部分」とは、たとえば、溝部の溝長を均等に２等分
した場合の、第１の貫通孔寄りの溝部を上流側の部分、
および第２の貫通孔寄りの溝部を下流側の部分のことを
いうが、均等に２等分するに限らない。Therefore, when the groove extends so that the upstream portion and the downstream portion are adjacent to each other and extend over substantially the entire region of the predetermined reaction region on the side surface, the gas is substantially uniform over the entire region on the side surface. And does not or does not partially react within the region. Therefore, the reaction region of the gas can be substantially expanded, and the region of the side surface where the groove is formed can be effectively used. The “upstream portion” and “downstream portion” refer to, for example, a groove portion near the first through-hole when the groove length of the groove portion is equally divided into two equal portions,
Also, the groove portion near the second through-hole means a downstream portion, but is not limited to equally dividing into two.
【００１６】好ましい実施の形態によれば、溝部は、上
流側の部分と下流側の部分とが隣接しながら互いにうず
まき状に延びてもよい。また、溝部は、上流側の部分と
下流側の部分とが隣接しながら互いに蛇行するように延
びてもよい。あるいは、溝部は、上流側の溝部が側面の
中央部を横切るように延び、下流側の溝部が上流側の溝
部を取り囲むように延びてもよい。According to a preferred embodiment, the groove may extend spirally with the upstream portion and the downstream portion being adjacent to each other. In addition, the groove may extend so that the upstream portion and the downstream portion are adjacent to each other while being adjacent to each other. Alternatively, the groove may extend so that the upstream groove crosses the center of the side surface and the downstream groove surrounds the upstream groove.
【００１７】このように、上流側の部分と下流側の部分
とが並設する構成には、種々の態様が挙げられるが、い
ずれの構成においても、ガスは、その反応領域内でほぼ
一様に反応する。そのため、溝部が形成された側面の領
域内を有効に利用することができる。As described above, the configuration in which the upstream portion and the downstream portion are juxtaposed includes various modes. In any of the configurations, the gas is substantially uniform in the reaction region. Reacts to. Therefore, it is possible to effectively utilize the inside of the side surface where the groove is formed.
【００１８】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。[0018] Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。図１
は、本願発明に係るセパレータを有する燃料電池が適用
される燃料電池システムの一例を示す概略構成図であ
る。この燃料電池システム１は、エタノールを改質して
水素リッチな燃料ガスを得るための改質装置２と、燃料
ガスに含まれる一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成
する変成装置３と、水素ガスと酸素ガスとを反応させて
所望の起電力を得るための燃料電池４０が直列的に集合
した燃料電池スタック４とを備えて構成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. FIG.
1 is a schematic configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which a fuel cell having a separator according to the present invention is applied. The fuel cell system 1 includes a reformer 2 for reforming ethanol to obtain a hydrogen-rich fuel gas, a reformer 3 for converting carbon monoxide gas contained in the fuel gas into carbon dioxide gas, A fuel cell 40 for obtaining a desired electromotive force by reacting a gas and an oxygen gas is provided with a fuel cell stack 4 in which the fuel cells 40 are assembled in series.
【００２０】改質装置２は、たとえば、水蒸気改質法に
よってエタノールを水素リッチな燃料ガスに改質するも
のであり、エタノールを改質するための触媒が充填され
た改質器２０と、改質器２０内を、エタノールの改質に
適した温度に加熱する加熱器２１とを備えている。改質
器２０に供給され、加熱器２１により加熱されたエタノ
ールおよび水蒸気は、触媒の作用により反応し、一酸化
炭素と水素とが生成される。なお、加熱器２１としてボ
イラが用いられる場合には、原料エタノールの一部や燃
料電池スタック４において消費されなかった水素ガスが
ボイラ燃料として使用される。The reformer 2 reforms ethanol into a hydrogen-rich fuel gas by, for example, a steam reforming method, and comprises a reformer 20 filled with a catalyst for reforming ethanol and a reformer 20. And a heater 21 for heating the inside of the container 20 to a temperature suitable for reforming ethanol. The ethanol and steam supplied to the reformer 20 and heated by the heater 21 react by the action of a catalyst to generate carbon monoxide and hydrogen. When a boiler is used as the heater 21, part of the raw material ethanol and hydrogen gas not consumed in the fuel cell stack 4 are used as boiler fuel.
【００２１】変成装置３は、改質装置２から供給される
一酸化炭素および水素のうち、一酸化炭素のみを選択的
に酸化して二酸化炭素に変成するものである。すなわ
ち、変成装置３には、改質装置２において得られた微量
の一酸化炭素を含む混合ガスが空気とともに供給され、
触媒（たとえば光触媒）の作用により一酸化炭素ガスが
二酸化炭素ガスに空気酸化（変成）され、燃料電池スタ
ック４に供給される。The shifter 3 selectively oxidizes only carbon monoxide of the carbon monoxide and hydrogen supplied from the reformer 2 to shift to carbon dioxide. That is, the mixed gas containing a trace amount of carbon monoxide obtained in the reformer 2 is supplied to the shift converter 3 together with the air,
The carbon monoxide gas is air-oxidized (converted) to carbon dioxide gas by the action of a catalyst (for example, a photocatalyst) and supplied to the fuel cell stack 4.
【００２２】図２は、図１に示す燃料電池スタック４の
斜視図である。図３は、燃料電池４０の分解斜視図、ま
た、図４は、燃料電池４０の縦断面図である。FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell stack 4 shown in FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell 40, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the fuel cell 40.
【００２３】この燃料電池スタック４は、隣り合う燃料
電池４０同士で同一のセパレータ４１，４２を共用する
ようにして複数の燃料電池４０が直列的に積層された構
成とされ、エンドプレート４Ａ，４Ｂの間にボルトＢお
よびナットＮにより挟持されている。一方のエンドプレ
ート４Ａ側および他方のエンドプレート４Ｂ側には、水
素ガスまたは酸素ガスを供給するための４つの供給孔４
Ａａ，４Ａｂ，４Ａｃ，４Ａｄが形成され、供給孔４Ａ
ａ〜４Ａｄは、エンドプレート４Ａ，４Ｂの内部で、ボ
ルトＢが挿通される図示しない貫通孔に連通されてお
り、貫通孔が水素ガスまたは酸素ガスを各燃料電池４０
に供給する供給路として共用されている。The fuel cell stack 4 has a configuration in which a plurality of fuel cells 40 are stacked in series so that adjacent fuel cells 40 share the same separator 41, 42, and end plates 4A, 4B Between the bolts B and the nuts N. Four supply holes 4 for supplying hydrogen gas or oxygen gas are provided on one end plate 4A side and the other end plate 4B side.
Aa, 4Ab, 4Ac, and 4Ad are formed, and the supply hole 4A is formed.
a to 4Ad are connected to through holes (not shown) through which bolts B are inserted inside the end plates 4A and 4B, and the through holes pass hydrogen gas or oxygen gas to each fuel cell 40.
It is shared as a supply path for supplying to
【００２４】燃料電池４０は、図３に示すように、第１
のセパレータ４１および第２のセパレータ４２と、これ
らのセパレータ４１，４２の間に介在されたイオン交換
膜４３と、イオン交換膜４３と第１のセパレータ４１お
よび第２のセパレータ４２との間に介在された負極集電
体４４および正極集電体４５と、負極集電体４４および
正極集電体４５の外枠を囲むようにして配置された第１
のガスケット４６および第２のガスケット４７とを備え
て構成されている。As shown in FIG. 3, the fuel cell 40 has a first
Separator 41 and second separator 42, an ion exchange membrane 43 interposed between the separators 41 and 42, and an ion exchange membrane 43 interposed between the first separator 41 and the second separator 42. The negative electrode current collector 44 and the positive electrode current collector 45 thus formed, and the first current collector 44 disposed so as to surround the outer frames of the negative electrode current collector 44 and the positive electrode current collector 45.
, And a second gasket 47.
【００２５】各セパレータ４１，４２は、全体がチタン
などの金属導体からなり、板状に形成されている。セパ
レータ４１，４２は、これらの間に電池として機能する
領域を確保するために設けられ、水素ガスや酸素ガスを
供給する際に利用されるものであるので、耐熱性に優
れ、機械的強度の高い材料によって形成される。たとえ
ば、セパレータ４１，４２の材料としては、上記チタン
の他に、ステンレス綱やチタン合金などが用いられても
よい。Each of the separators 41 and 42 is entirely made of a metal conductor such as titanium and is formed in a plate shape. The separators 41 and 42 are provided to secure a region functioning as a battery between them, and are used when supplying hydrogen gas or oxygen gas. Therefore, the separators 41 and 42 have excellent heat resistance and mechanical strength. Formed by high materials. For example, as the material of the separators 41 and 42, a stainless steel, a titanium alloy, or the like may be used in addition to the titanium.
【００２６】セパレータ４１，４２の四隅のそれぞれに
は、厚み方向に貫通する略正方形状の第１ないし第４貫
通孔４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄが形成されてい
る。なお、イオン交換膜４３、第１のガスケット４６お
よび第２のガスケット４７にも、各四隅にそれぞれ、セ
パレータ４１，４２の第１ないし第４貫通孔４１ａ〜４
１ｄ，４２ａ〜４２ｄに対応して、略正方形状の４つの
貫通孔４３ａ〜４３ｄ，４６ａ〜４６ｄ，４７ａ〜４７
ｄが形成されている。そして、燃料電池４０がスタック
の状態では、図４に示すように、各部材に設けられた貫
通孔同士が同軸上に繋がるように構成されている。以
下、上記各部材に設けられた貫通孔を総称する場合は
「第１ないし第４連通孔４ａ〜４ｄ」という。At each of the four corners of the separators 41 and 42, first to fourth through holes 41a to 41d and 42a to 42d having a substantially square shape penetrating in the thickness direction are formed. Note that the ion exchange membrane 43, the first gasket 46, and the second gasket 47 also have first to fourth through holes 41a to 41a of the separators 41 and 42 at the four corners, respectively.
1d, 42a to 42d, four substantially square through holes 43a to 43d, 46a to 46d, 47a to 47, respectively.
d is formed. Then, when the fuel cell 40 is in a stacked state, as shown in FIG. 4, the through holes provided in each member are configured to be coaxially connected. Hereinafter, when the through holes provided in each of the above members are collectively referred to as "first to fourth communication holes 4a to 4d".
【００２７】各セパレータ４１，４２の一面側４１Ａ，
４２Ａおよび他面側４１Ｂ，４２Ｂには、水素ガスまた
は酸素ガス用の流路としての溝部が形成されている。す
なわち、セパレータ４１の一面側４１Ａには、第１貫通
孔４１ａおよび第２貫通孔４１ｂに連通し、たとえばフ
ォトエッチングなどにより食刻して形成された複数本の
溝部５１が形成されている（詳細は後述する。）。ま
た、セパレータ４２の一面側４２Ａには、第１貫通孔４
２ａおよび第２貫通孔４２ｂを連通する複数本の溝部５
２が形成されている。一方、各セパレータ４１，４２の
他面側４１Ｂ，４２Ｂにも、一面側４１Ａ，４２Ａと同
様な溝部が形成されており、この溝部は、第３貫通孔４
１ｃ，４２ｃまたは第４貫通孔４１ｄ，４２ｄにそれぞ
れ連通している。One side 41A of each separator 41, 42,
A groove as a flow path for hydrogen gas or oxygen gas is formed in 42A and the other surface sides 41B and 42B. That is, a plurality of grooves 51 communicating with the first through-hole 41a and the second through-hole 41b and formed by etching, for example, by photoetching are formed on one surface 41A of the separator 41. Will be described later). The first through-hole 4 is formed on one surface 42A of the separator 42.
Plural grooves 5 communicating between 2a and second through hole 42b
2 are formed. On the other hand, on the other side 41B, 42B of each of the separators 41, 42, a groove similar to the one side 41A, 42A is also formed.
1c, 42c or the fourth through holes 41d, 42d, respectively.
【００２８】各セパレータ４１，４２の一面側４１Ａ，
４２Ａに形成された溝部５１，５２が酸素素ガス用の流
路とされ、他面側４１Ｂ，４２Ｂに形成された溝部が水
素ガス用の流路とされている。そのため、この燃料電池
４０では、隣り合う燃料電池４０同士で一枚のセパレー
タを共用できるようになっている。One side 41A of each separator 41, 42,
The grooves 51 and 52 formed on 42A serve as flow paths for oxygen gas, and the grooves formed on the other side 41B and 42B serve as flow paths for hydrogen gas. Therefore, in the fuel cell 40, one separator can be shared by the adjacent fuel cells 40.
【００２９】イオン交換膜４３は、プロトン導電性を示
すものであり、水素イオンを選択的に通過させるもので
ある。イオン交換膜４３の両面のそれぞれには、負極触
媒部４３Ａおよび正極触媒部４３Ｂが形成されている。The ion exchange membrane 43 has proton conductivity and selectively allows hydrogen ions to pass therethrough. A negative electrode catalyst part 43A and a positive electrode catalyst part 43B are formed on both surfaces of the ion exchange membrane 43, respectively.
【００３０】負極触媒部４３Ａは、たとえば炭素粒の表
面にプラチナを担持させた触媒粒で構成された多孔質層
とされており、水素分子や水素イオンが通過可能とされ
ている。この負極触媒部４３Ａでは、供給された水素ガ
スが水素イオンと電子に解離される。The anode catalyst portion 43A is a porous layer made of catalyst particles having platinum supported on the surface of carbon particles, for example, and is capable of passing hydrogen molecules and hydrogen ions. In the anode catalyst part 43A, the supplied hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons.
【００３１】一方、正極触媒部４３Ｂは、たとえば炭素
粒の表面にプラチナとロジウムとを共存担持させた触媒
粒で構成された多孔質層とされており、酸素分子が通過
可能とされている。この正極触媒部４３Ｂでは、酸素ガ
スが、水素イオンおよび電子と反応して水が生成され
る。On the other hand, the positive electrode catalyst section 43B is a porous layer composed of catalyst particles in which platinum and rhodium coexist and are supported on the surfaces of carbon particles, for example, so that oxygen molecules can pass therethrough. In the positive electrode catalyst portion 43B, oxygen gas reacts with hydrogen ions and electrons to generate water.
【００３２】負極集電体４４は、たとえば炭素系素材に
よって多孔質体として略十字形状に形成され、負極触媒
部４３Ａにおいて水素ガスから解離した電子を集めて燃
料電池４０の外部に取り出せるようにし、また、供給さ
れた水素ガスが負極触媒部４３Ａに達するように水素ガ
スを通過させる。The negative electrode current collector 44 is formed in a substantially cross shape as a porous body of, for example, a carbon-based material, so that electrons dissociated from hydrogen gas in the negative electrode catalyst portion 43A can be collected and taken out of the fuel cell 40. Further, the hydrogen gas is passed so that the supplied hydrogen gas reaches the anode catalyst part 43A.
【００３３】一方、正極集電体４５は、負極集電体４４
と同様に、たとえば炭素系素材によって多孔質体として
略十字形状に形成され、外部から電子を受け取って、こ
の電子を正極触媒部４３Ｂに供給できるようにし、ま
た、供給された酸素ガスが正極触媒部４３Ｂに達するよ
うに酸素ガスを通過させる。On the other hand, the positive electrode current collector 45 is
In the same manner as described above, a porous body is formed in a substantially cross shape by a carbon-based material, for example, so that electrons can be received from the outside, and the electrons can be supplied to the positive electrode catalyst portion 43B. The oxygen gas is passed to reach the part 43B.
【００３４】第１および第２ガスケット４６，４７は、
イオン交換膜４３と第１または第２のセパレータ４１，
４２との間、つまり隣り合うセパレータ同士の封止状態
を高めるためのものである。第１および第２ガスケット
４６，４７は、その中央部に集電体４４，４５の面積よ
りも大きな略十字形状の開口４６Ａ，４７Ａが設けられ
た形状とされ、燃料電池４０を構成した状態では、ガス
ケット４６，４７が集電体４４，４５の周りを取り囲む
ように構成されている。なお、図４中、ＣはボルトＢを
挿通するチューブを示す。The first and second gaskets 46, 47 are
The ion exchange membrane 43 and the first or second separator 41,
42, that is, to enhance the sealing state between adjacent separators. The first and second gaskets 46 and 47 have a shape in which substantially cross-shaped openings 46A and 47A larger than the area of the current collectors 44 and 45 are provided in the center thereof, and when the fuel cell 40 is configured. , Gaskets 46, 47 surround the current collectors 44, 45. In FIG. 4, C indicates a tube through which the bolt B is inserted.
【００３５】ここで、この実施形態の特徴は、各セパレ
ータの側面に形成された溝部において、ガスの排出口と
なる貫通孔寄りの下流側の部分の少なくとも一部が、ガ
スの導入口となる貫通孔寄りの上流側の部分の近傍にて
それに沿って延びている点にある。そのため、単位体積
当たりのガス量が比較的多い上流側の部分と、ガス量が
比較的少ない下流側の部分とが並設されることになり、
この並設された領域では、供給されたガスの濃度分布が
ほぼ一様になる。したがって、溝部が形成された側面の
領域を有効に利用することができる。The feature of this embodiment is that at least a part of the groove formed in the side surface of each separator on the downstream side near the through hole serving as a gas outlet serves as a gas inlet. The point is that it extends along and near the upstream portion near the through hole. Therefore, the upstream portion having a relatively large gas amount per unit volume and the downstream portion having a relatively small gas amount are arranged side by side,
In the juxtaposed regions, the concentration distribution of the supplied gas becomes substantially uniform. Therefore, the area of the side surface where the groove is formed can be effectively used.
【００３６】図５は、この実施形態の特徴的な構成の一
例を示したセパレータ４１の平面図である。なお、同図
では、説明の便宜上、溝部５１において第１貫通孔４１
ａ寄りの上流側の部分を黒色で、第２貫通孔４１ｂ寄り
の下流側の部分を白色でそれぞれ表している。この第１
貫通孔４１ａ寄りの上流側の部分では、圧力損失の影響
により単位体積当たりのガス量が比較的多く、第２貫通
孔４１ｂ寄りの下流側の部分では、単位体積当たりのガ
ス量が比較的少ない。FIG. 5 is a plan view of a separator 41 showing an example of a characteristic configuration of this embodiment. In addition, in the figure, for convenience of description, the first through hole 41 is formed in the groove 51.
The upstream portion near a is black and the downstream portion near second through hole 41b is white. This first
The upstream portion near the through hole 41a has a relatively large gas amount per unit volume due to the effect of pressure loss, and the downstream portion near the second through hole 41b has a relatively small gas amount per unit volume. .
【００３７】溝部５１は、同図によれば、第１貫通孔４
１ａ寄りの上流側の部分である第１の溝部５１ａと、第
２貫通孔４１ｂ寄りの下流側の部分である第２の溝部５
１ｂとを有し、第１の溝部５１ａの一端が第１貫通孔４
１ａに連通され、第１の溝部５１ａの他端が第２の溝部
５１ｂの一端に接続され、第２の溝部５１ｂの他端が第
２貫通孔４１ｂに連通されている。すなわち、溝部５１
は、第１貫通孔４１ａと第２貫通孔４１ｂとを結ぶ連続
した溝とされる。なお、詳細には、溝部５１は、４本の
溝が並列に延びた構成とされているが、溝の本数は上記
の数に限るものではない。According to the drawing, the groove 51 is formed in the first through hole 4.
A first groove 51a, which is an upstream portion near 1a, and a second groove 5, which is a downstream portion near the second through hole 41b.
1b, and one end of the first groove 51a is connected to the first through hole 4
The other end of the first groove 51a is connected to one end of the second groove 51b, and the other end of the second groove 51b is connected to the second through hole 41b. That is, the groove 51
Is a continuous groove connecting the first through hole 41a and the second through hole 41b. Note that, in detail, the groove portion 51 has a configuration in which four grooves extend in parallel, but the number of grooves is not limited to the above number.
【００３８】具体的には、上流側の第１の溝部５１ａ
は、うずまきを描くように延び、途中で第２貫通孔４１
ｂに連通する下流側の第２の溝部５１ｂと並設され、両
溝部５１ａ，５１ｂは、隣接しながらセパレータ４１の
中央部に向かって互いにうずまき状に延びる。そして、
セパレータ４１の中央部において、第１の溝部５１ａと
第２の溝部５１ｂとが接続されている。換言すれば、第
１貫通孔４１ａに連通された溝部５１は、うずまきを描
くように延び、うずまきの中心付近で１８０度転回して
折返し、逆の経路を辿りながら第２貫通孔４１ｂに至
る。Specifically, the first groove 51a on the upstream side
Extends to draw a vortex, and the second through hole 41
The second groove 51b on the downstream side communicating with the second groove 51b is arranged in parallel with the second groove 51b. The two grooves 51a and 51b spirally extend toward the center of the separator 41 while being adjacent to each other. And
At the center of the separator 41, the first groove 51a and the second groove 51b are connected. In other words, the groove 51 communicated with the first through-hole 41a extends so as to draw a vortex, turns 180 degrees near the center of the vortex, turns back, and reaches the second through-hole 41b while following the reverse path.
【００３９】このように、溝部５１の形成領域内におい
て、単位体積当たりのガス量の比較的多い上流側の第１
の溝部５１ａと、上記ガス量の比較的少ない下流側の第
２の溝部５１ｂとが並設されていることにより、溝部５
１に水素ガスまたは酸素ガスが供給されると、両溝部５
１ａ，５１ｂが並設された領域では、ガスの濃度分布が
ほぼ一様になる。As described above, in the region where the groove 51 is formed, the upstream first gas having a relatively large gas amount per unit volume is used.
And the second groove 51b on the downstream side, which has a relatively small amount of gas, are arranged side by side.
1 is supplied with hydrogen gas or oxygen gas,
In the region where 1a and 51b are juxtaposed, the gas concentration distribution becomes almost uniform.
【００４０】そして、両溝部５１ａ，５１ｂは隣接しな
がら互いにうずまき状に延びているので、セパレータ４
１の側面のほぼ全域に行き渡って延びることになり、側
面のほぼ全域において、水素ガスまたは酸素ガスは正極
集電体４４または負極集電体４４に対してほぼ一様に反
応し、反応領域内で部分的に反応したり、あるいはしな
かったりすることがなくなる。そのため、実質的にガス
の反応領域を広げることができ、溝部５１が形成された
側面の領域を有効に利用することができる。Since the two grooves 51a and 51b extend spirally while being adjacent to each other, the separator 4
The hydrogen gas or the oxygen gas almost uniformly reacts with the positive electrode current collector 44 or the negative electrode current collector 44 over almost the entire side surface of the reaction region. It is no longer possible to partially react or not. Therefore, the reaction region of the gas can be substantially expanded, and the region on the side surface where the groove 51 is formed can be effectively used.
【００４１】また、従来のように、溝部５１の形成領域
において、第１の溝部５１ａが第２の溝部５１ｂと隣接
せずに、第１の溝部５１ａのみで構成された領域が形成
された場合、その領域においては、単位体積当たりのガ
ス量が部分的に多くなる。しかし、本実施形態のよう
に、第１の溝部５１ａと第２の溝部５１ｂとを隣接して
配置すれば、ガス量が部分的に多くなることが抑えられ
る。その結果、ガスが溝部５１の形成領域内で部分的に
反応することを抑制できるので、各集電体４４，４５が
部分的に劣化することを抑えることができる。そのた
め、各部材の寿命が長くなるといった利点がある。Further, as in the prior art, in the case where the first groove 51a is not adjacent to the second groove 51b in the region where the groove 51 is formed, a region composed of only the first groove 51a is formed. In that region, the gas amount per unit volume is partially increased. However, when the first groove 51a and the second groove 51b are arranged adjacent to each other as in the present embodiment, it is possible to suppress a partial increase in the gas amount. As a result, it is possible to suppress the gas from partially reacting in the formation region of the groove 51, and it is possible to suppress the current collectors 44 and 45 from being partially deteriorated. Therefore, there is an advantage that the life of each member is prolonged.
【００４２】なお、上記の実施形態においては、ガスの
濃度分布を一様にするといった効果をより発揮させるた
めに、できる限り第１貫通孔４１ａ近傍の第１の溝部５
１ａの部分と、第２貫通孔４１ｂ近傍の第２の溝部５１
ｂの部分とを隣接させることがより望ましい。In the above-described embodiment, the first groove 5 near the first through-hole 41a is made as much as possible in order to further exert the effect of making the gas concentration distribution uniform.
1a and a second groove 51 near the second through hole 41b.
It is more desirable that the portion b is adjacent to the portion b.
【００４３】また、上記した構成は、セパレータ４１の
他面側４１Ｂの溝部、セパレータ４２の一面側４２Ａお
よび他面側４２Ｂの溝部５２についても同様とされ、同
様の作用効果を奏する。Further, the above-described configuration is the same for the groove portion on the other surface side 41B of the separator 41 and the groove portion 52 on the one surface side 42A and the other surface side 42B of the separator 42, and has the same operation and effect.
【００４４】図６は、セパレータの溝部の他の例を示す
図である。同図に示すように、溝部５３は、上流側の第
１の溝部５３ａと下流側の第２の溝部５３ｂとが、隣接
しながら互いに蛇行するように延びて配置されるように
してもよい。FIG. 6 is a view showing another example of the groove of the separator. As shown in the drawing, the groove 53 may be arranged so that the first groove 53a on the upstream side and the second groove 53b on the downstream side extend in a meandering manner while being adjacent to each other.
【００４５】すなわち、第１貫通孔４１ａに連通した上
流側の第１の溝部５３ａは、左右方向に延びてセパレー
タ４１の右端部で折り返してさらに左右方向に延びる。
また、第２貫通孔４１ｂに連通する下流側の第２の溝部
５３ｂは、折り返した第１の溝部５３ａの下部で第１の
溝部５３ａと隣接しながら延び、セパレータ４１の左端
部で折り返してさらに左右方向に延びる。以降、第１の
溝部５３ａおよび第２の溝部５３ｂは隣接しながら交互
に蛇行するように延び、セパレータ４１の一端部におい
て、両溝部５３ａ，５３ｂが接続される。なお、詳細に
は、溝部５３は、２本の溝が並列に延びた構成とされて
いるが、溝の本数は上記の数に限るものではない。That is, the upstream first groove 53a communicating with the first through hole 41a extends in the left-right direction, is folded at the right end of the separator 41, and further extends in the left-right direction.
The second groove 53b on the downstream side communicating with the second through hole 41b extends adjacent to the first groove 53a below the folded first groove 53a, and is folded at the left end of the separator 41 to further extend. Extends left and right. Thereafter, the first groove 53a and the second groove 53b are adjacent to each other and extend so as to meander alternately, and at one end of the separator 41, the two grooves 53a and 53b are connected. Note that, in detail, the groove 53 has a configuration in which two grooves extend in parallel, but the number of grooves is not limited to the above number.
【００４６】この実施形態によれば、上記した実施形態
と同様に、溝部５３の形成領域内では、単位体積当たり
のガス量の多い上流側の第１の溝部５３ａと、ガス量の
少ない下流側の第２の溝部５３ｂとが隣接して配置され
ることにより、両溝部５３ａ，５３ｂが隣接された領域
においては、ガスの濃度分布がほぼ一様になる。そのた
め、水素ガスまたは酸素ガスは、反応領域内でほぼ一様
に反応するので、溝部５３が形成された側面の領域を有
効に利用することができる。According to this embodiment, similarly to the above-described embodiment, in the formation region of the groove 53, the upstream first groove 53a having a large amount of gas per unit volume and the downstream groove 53a having a small amount of gas per unit volume are provided. Is arranged adjacent to the second groove portion 53b, the gas concentration distribution becomes substantially uniform in a region where both groove portions 53a and 53b are adjacent to each other. Therefore, the hydrogen gas or the oxygen gas reacts almost uniformly in the reaction region, so that the side surface region where the groove 53 is formed can be effectively used.
【００４７】図７は、セパレータの溝部のさらに他の例
を示す図である。同図に示すように溝部５４は、上流側
の第１の溝部５４ａがセパレータ４１の側面の中央部を
横切るように延び、下流側の第２の溝部５４ｂが第１の
溝部５４ａを取り囲むように延びて配置されてもよい。FIG. 7 is a view showing still another example of the groove of the separator. As shown in the drawing, the groove 54 extends so that the upstream first groove 54a extends across the center of the side surface of the separator 41, and the downstream second groove 54b surrounds the first groove 54a. It may be arranged to extend.
【００４８】なお、同図に示す溝部５４では、溝長が上
記した実施形態に比べ多少長くなっているので、説明の
便宜上、溝部５４を４つの区間に区切り、各区間を第１
ないし第４の溝部５４ａ〜５４ｄということにし、第１
の溝部５４ａを黒色で、第２の溝部５４ｂを白黒色で、
第３の溝部５４ｃを単線で、第４の溝部５４ｄを白色で
それぞれ表すことにする。なお、単位体積当たりのガス
量は、第１の溝部５４ａから第４の溝部５４ｄに進むに
連れて徐々に少なくなる。In the groove portion 54 shown in the figure, the groove length is slightly longer than that of the above-described embodiment. For convenience of description, the groove portion 54 is divided into four sections, and each section is divided into the first section.
Or the fourth grooves 54a to 54d,
The groove 54a is black, the second groove 54b is black and white,
The third groove 54c is represented by a single line, and the fourth groove 54d is represented by white. In addition, the gas amount per unit volume gradually decreases as it proceeds from the first groove 54a to the fourth groove 54d.
【００４９】溝部５４は、同図によれば、第１ないし第
４の溝部５４ａ〜５４ｄからなり、第１貫通孔４１ａに
第１の溝部５４ａが連通し、第１の溝部５４ａ、第２の
溝部５４ｂ、第３の溝部５４ｃ、および第４の溝部５４
ｄがそれぞれ接続され、第４の溝部５４ｄが第２貫通孔
４１ｂに連通している。なお、詳細には、溝部５４は、
１本の溝が延びた構成とされているが、溝の本数は上記
の数に限るものではない。According to the drawing, the groove 54 includes first to fourth grooves 54a to 54d. The first groove 54a communicates with the first through hole 41a, and the first groove 54a and the second Groove 54b, third groove 54c, and fourth groove 54
d are connected to each other, and the fourth groove 54d communicates with the second through hole 41b. In detail, the groove 54 is
Although one groove is configured to extend, the number of grooves is not limited to the above number.
【００５０】具体的には、第１貫通孔４１ａに連通する
第１の溝部５４ａは、外周に沿って延び、セパレータ４
１の側面中央部のやや下部において、左右方向に延びて
左端部で折り返し、セパレータ４１の右端部においてさ
らに折返し、側面の中央部付近において第２の溝部５４
ｂに接続される。More specifically, the first groove 54a communicating with the first through hole 41a extends along the outer periphery, and
At a slightly lower portion of the center of the side surface of the separator 1, it extends in the left-right direction and is folded at the left end, further folded at the right end of the separator 41, and has a second groove 54 near the center of the side surface.
b.
【００５１】第２の溝部５４ｂは、セパレータ４１の側
面上部において、第１の溝部５４ａの内側に沿って延
び、セパレータ４１の左端部において折返し、側面の中
央部下部に形成される第１の溝部５４ａを取り囲むよう
にして形成される。そして、セパレータ４１の右端部に
おいてさらに折返し、側面の中央部付近において第３の
溝部５４ｃに接続される。The second groove 54b extends along the inside of the first groove 54a at the upper part of the side surface of the separator 41, turns at the left end of the separator 41, and forms the first groove formed at the lower part of the center of the side surface. It is formed so as to surround 54a. Then, the separator 41 is further folded at the right end, and is connected to the third groove 54c near the center of the side surface.
【００５２】第３の溝部５４ｃは、セパレータ４１の側
面上部において、第２の溝部５４ｂの内側に沿って延
び、セパレータ４１の左端部において折返し、側面の中
央部下部に形成される第２の溝部５４ｂを取り囲むよう
に形成される。セパレータ４１の右端部においてさらに
折返し、側面の中央部付近において第４の溝部５４ｄに
接続される。The third groove 54c extends along the inside of the second groove 54b in the upper part of the side surface of the separator 41, and is folded at the left end of the separator 41, and is formed in the lower part of the center part of the side surface. It is formed so as to surround 54b. The separator 41 is further folded at the right end, and connected to the fourth groove 54d near the center of the side surface.
【００５３】また、第４の溝部５４ｃは、セパレータ４
１の側面上部において、第３の溝部５４ｃの内側に沿っ
て延び、セパレータ４１の左端部において折返し、側面
の中央部下部に形成された第３の溝部５４ｃを取り囲む
ように形成される。そして、セパレータ４１の側面下部
において、外周に沿って延び第２貫通孔４１ｂに至る。The fourth groove 54c is provided with the separator 4
The upper portion of the first side extends along the inside of the third groove portion 54c, is folded at the left end of the separator 41, and is formed so as to surround the third groove portion 54c formed at the lower center portion of the side surface. Then, the lower part of the side surface of the separator 41 extends along the outer periphery and reaches the second through-hole 41b.
【００５４】このように、溝部５４は、上流側の第１の
溝部５４ａがセパレータ４１の側面中央部を横切るよう
に形成され、下流側の第２ないし第４の溝部５４ｂ〜５
４ｄが第１の溝部５４ａを取り囲むように形成されて配
置されるので、上記で示した実施形態と同様に、溝部５
４の形成領域内では、ガスの濃度分布をほぼ一様にする
ことができる。そのため、水素ガスまたは酸素ガスは、
上記形成領域内でほぼ一様に反応し、溝部５３が形成さ
れた側面の領域内を有効に利用することができる。As described above, the groove 54 is formed so that the first groove 54a on the upstream side crosses the center of the side surface of the separator 41, and the second to fourth grooves 54b to 54b on the downstream side.
4d is formed and arranged so as to surround the first groove 54a, so that the groove 5 is formed similarly to the above-described embodiment.
In the formation region of No. 4, the gas concentration distribution can be made substantially uniform. Therefore, hydrogen gas or oxygen gas
The reaction occurs almost uniformly in the formation area, and the area of the side surface where the groove 53 is formed can be effectively used.
【００５５】以上のように、上記燃料電池スタック４で
は、他方のエンドプレート４Ｂ側を入口として、第３お
よび第４供給孔４Ａｃ，４Ａｄのいずれか一方から水素
ガスを供給すれば、第３および第４連通孔４ｃ，４ｄの
いずれか一方の連通孔を通じて、全てのセパレータ４
１，４２の他面側４１Ｂ，４２Ｂの溝部５５に水素ガス
が通じられる。そして、一方のエンドプレート４Ａ側か
らは、余剰の水素ガスが排出されるが、この水素ガス
は、図１に示すように、改質装置２の加熱器２１の燃料
として供給される。As described above, in the fuel cell stack 4, if hydrogen gas is supplied from one of the third and fourth supply holes 4Ac and 4Ad with the other end plate 4B side as an inlet, the third and fourth supply holes 4Ac and 4Ad can be used. All of the separators 4 are passed through one of the fourth communication holes 4c and 4d.
Hydrogen gas is passed through the groove 55 on the other surface side 41B, 42B of the first and second surfaces 42. Then, excess hydrogen gas is discharged from one end plate 4A side, and this hydrogen gas is supplied as fuel for the heater 21 of the reformer 2 as shown in FIG.
【００５６】また、第１および第２供給孔４Ａａ，４Ａ
ｂのいずれか一方から酸素ガスを供給すれば、第１およ
び第２連通孔４ａ，４ｂのいずれか一方の連通孔を通じ
て、全てのセパレータ４１，４２の一面側４１Ａ，４２
Ａの溝部５１に酸素ガスが通じされる。なお、酸素ガス
は、通常、空気の状態で供給される。The first and second supply holes 4Aa, 4A
b, the oxygen gas is supplied from either one of the first and second communication holes 4a, 4b, and the first surface 41A, 42 of all the separators 41, 42 through one of the communication holes.
The oxygen gas is passed through the groove 51 of A. The oxygen gas is usually supplied in an air state.
【００５７】各燃料電池４０においては、たとえば、第
３連通孔４ｃを通過する水素ガスの一部がセパレータ４
１の他面側４１Ｂに形成された溝部に供給される。溝部
に供給された水素ガスは、負極集電体４４を通過し、負
極触媒部４３Ａで水素イオンと電子に解離される。この
反応の際に生じた電子は、負極集電体４４に集められる
が、この電子はセパレータ４１を介して当該セパレータ
４１を共用する隣の燃料電池４０の正極集電体４５に供
給される。In each fuel cell 40, for example, part of the hydrogen gas passing through the third communication hole 4c is
1 is supplied to the groove formed on the other side 41B. The hydrogen gas supplied to the groove portion passes through the negative electrode current collector 44, and is dissociated into hydrogen ions and electrons in the negative electrode catalyst portion 43A. The electrons generated during this reaction are collected by the negative electrode current collector 44, and the electrons are supplied to the positive electrode current collector 45 of the adjacent fuel cell 40 sharing the separator 41 via the separator 41.
【００５８】この場合、溝部は、セパレータ４１の他面
側４１Ｂの形成領域においてガスの濃度分布がほぼ一様
になるように形成されているので、溝部に供給された水
素ガスは、負極集電体４４のほぼ全域において反応し、
そのため、溝部の形成領域を有効に利用することができ
る。In this case, since the groove is formed so that the gas concentration distribution is substantially uniform in the formation region of the other surface 41B of the separator 41, the hydrogen gas supplied to the groove is charged with the negative electrode current. Reacts almost all over body 44,
Therefore, the formation region of the groove can be effectively used.
【００５９】一方、負極触媒部４３Ａにおける反応の際
に生じた水素イオンは、イオン交換膜４３を通過して正
極触媒部４３Ｂに移動する。この正極触媒部４３Ｂには
さらに、セパレータ４１を共用する隣の燃料電池４０の
負極集電体４４から電子が供給される。On the other hand, hydrogen ions generated during the reaction in the anode catalyst section 43A pass through the ion exchange membrane 43 and move to the cathode catalyst section 43B. Electrons are further supplied to the cathode catalyst unit 43B from the anode current collector 44 of the adjacent fuel cell 40 sharing the separator 41.
【００６０】また、第１連通孔４ａを通過する空気（酸
素ガス）の一部がセパレータ４１の一面側４１Ａに形成
された溝部５１に供給され、正極集電体４５を介して正
極触媒部４３Ｂに供給される。このようにして、酸素ガ
ス、電子および水素イオンが供給された正極触媒部４３
Ｂでは、これらが反応して水が生成する。この場合、溝
部５１は、セパレータ４１の一面側４１Ａの形成領域に
おいてガスの濃度分布がほぼ一様になるように形成され
ているので、溝部５１に供給された酸素ガスは、正極集
電体４５のほぼ全域において反応し、そのため、溝部５
１の形成領域を有効に利用することができる。A part of the air (oxygen gas) passing through the first communication hole 4 a is supplied to the groove 51 formed on the one surface 41 A of the separator 41, and is passed through the cathode current collector 45 to the cathode catalyst portion 43 B Supplied to Thus, the positive electrode catalyst unit 43 supplied with oxygen gas, electrons and hydrogen ions
In B, these react to produce water. In this case, since the groove 51 is formed such that the gas concentration distribution is substantially uniform in the formation region of the one surface 41A of the separator 41, the oxygen gas supplied to the groove 51 is supplied to the positive electrode current collector 45. Of the groove 5
1 can be effectively used.
【００６１】このように、燃料電池スタック４では、１
の燃料電池４０の負極集電体４４に集められた電子は、
隣の燃料電池４０の正極集電体４５に供給される。そし
て、電子の流れ方向の最下流に位置する燃料電池４０の
負極集電体４４に集められた電子は、外部回路を経由し
て、電子の流れ方向の最上流に位置する燃料電池４０の
正極集電体４５に供給される。すなわち、燃料電池スタ
ック４内においては、電子が全体として一定の方向に流
れ、最下流の燃料電池４０から最上流の燃料電池４０に
外部回路を経由して電子が循環させられるようになされ
ている。そして、外部回路においてエネルギを取り出し
て利用するようになっている。As described above, in the fuel cell stack 4, 1
The electrons collected in the negative electrode current collector 44 of the fuel cell 40 of
It is supplied to the positive electrode current collector 45 of the adjacent fuel cell 40. The electrons collected by the negative electrode current collector 44 of the fuel cell 40 located at the most downstream in the flow direction of the electrons flow via an external circuit to the positive electrode of the fuel cell 40 located at the most upstream position in the flow direction of the electrons. The power is supplied to the current collector 45. That is, in the fuel cell stack 4, electrons flow in a certain direction as a whole, and electrons are circulated from the most downstream fuel cell 40 to the most upstream fuel cell 40 via an external circuit. . Then, energy is taken out and used in an external circuit.
【００６２】もちろん、この発明の範囲は上述した実施
の形態に限定されるものではなく、たとえば、溝部の形
状は、ガスの排出口となる貫通孔寄りの下流側の部分の
一部がガスの導入口となる貫通孔寄りの上流側の部分に
沿って延びているような形状であればよく、上記実施形
態に示した形状に限るものではない。Of course, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the shape of the groove is such that a part of the downstream portion near the through hole serving as a gas discharge port is a gas outlet. Any shape may be used as long as it extends along the upstream side near the through hole serving as the inlet, and is not limited to the shape shown in the above embodiment.
【００６３】[0063]
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、セパレータの側面に形成される溝部は、ガスの排出
口となる貫通孔寄りの下流側の部分の一部がガスの導入
口となる貫通孔寄りの上流側の部分に沿って延びて配置
されるので、溝部の形成領域内においては、たとえば、
水素ガスまたは酸素ガスの濃度分布がほぼ一様になる。
そのため、水素ガスまたは酸素ガスは、上記形成領域内
ではほぼ一様に反応するので、溝部の形成領域内を有効
に利用することができ、ひいては燃料電池のエネルギ変
換をより効率的に行うことができる、燃料電池のセパレ
ータを提供することができる。As described above, according to the present invention, the groove formed on the side surface of the separator has a portion on the downstream side near the through hole serving as the gas outlet, and the gas inlet. Since it is arranged to extend along the upstream portion near the through hole, in the groove forming region, for example,
The concentration distribution of hydrogen gas or oxygen gas becomes substantially uniform.
For this reason, the hydrogen gas or the oxygen gas reacts almost uniformly in the above-mentioned formation region, so that the inside of the groove formation region can be effectively used, and as a result, the energy conversion of the fuel cell can be performed more efficiently. Thus, a fuel cell separator can be provided.
【図１】本願発明に係る燃料電池のセパレータが適用さ
れる燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system to which a fuel cell separator according to the present invention is applied.
【図２】図１に示す燃料電池スタックの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell stack shown in FIG.
【図３】燃料電池の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell.
【図４】燃料電池の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a fuel cell.
【図５】セパレータの側面図である。FIG. 5 is a side view of a separator.
【図６】他の実施形態に係る、セパレータの側面図であ
る。FIG. 6 is a side view of a separator according to another embodiment.
【図７】他の実施形態に係る、セパレータの側面図であ
る。FIG. 7 is a side view of a separator according to another embodiment.
【図８】従来の燃料電池の分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of a conventional fuel cell.
４０ 燃料電池 ４１，４２ セパレータ ４１ａ〜４１ｄ 貫通孔 ５１〜５４ 溝部 ５１ａ 第１の溝部 ５１ｂ 第２の溝部 Reference Signs List 40 Fuel cell 41, 42 Separator 41a to 41d Through hole 51 to 54 Groove 51a First groove 51b Second groove
Claims (5)
上記各燃料電池を仕切るために板状に形成されたセパレ
ータであって、 上記セパレータは、厚み方向に水素ガス用または酸素ガ
ス用の流路としての複数の貫通孔が形成されるととも
に、側面に上記貫通孔に連通しかつ上記貫通孔同士を接
続する１本または複数本の溝部が形成され、 上記溝部は、ガスの導入口となる第１の貫通孔寄りの上
流側の部分と、ガスの排出口となる第２の貫通孔寄りの
下流側の部分とを有し、 上記下流側の部分の少なくとも一部が、上記上流側の部
分の近傍にてそれに沿って延びていることを特徴とす
る、燃料電池のセパレータ。The invention is applied to a plurality of stacked fuel cells,
A separator formed in a plate shape to partition each of the fuel cells, wherein the separator has a plurality of through holes as flow paths for hydrogen gas or oxygen gas formed in a thickness direction, and has a side surface. One or more grooves communicating with the through-holes and connecting the through-holes are formed, and the groove includes an upstream portion near the first through-hole serving as a gas inlet, A downstream portion near the second through hole serving as a discharge port, wherein at least a part of the downstream portion extends along the vicinity of the upstream portion. A fuel cell separator.
の部分とが隣接しながら側面の所定の反応領域における
ほぼ全域に行き渡るように延びている、請求項１に記載
の燃料電池のセパレータ。2. The fuel cell according to claim 1, wherein the groove extends so that the upstream portion and the downstream portion are adjacent to each other and extend over substantially the entire predetermined reaction region on the side surface. Separator.
の部分とが隣接しながら互いにうずまき状に延びてい
る、請求項１または２に記載の燃料電池のセパレータ。3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the groove portion extends spirally while the upstream portion and the downstream portion are adjacent to each other.
の部分とが隣接しながら互いに蛇行するように延びてい
る、請求項１または２に記載の燃料電池のセパレータ。4. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the groove portion extends so that the upstream portion and the downstream portion meander each other while being adjacent to each other.
中央部を横切るように延び、上記下流側の部分が上記上
流側の部分を取り囲むように延びている、請求項１また
は２に記載の燃料電池のセパレータ。5. The groove according to claim 1, wherein the upstream portion extends so as to cross the central portion of the side surface, and the downstream portion extends so as to surround the upstream portion. The separator of the fuel cell according to the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11190161A JP2001023651A (en) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | Separator for fuel cell |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001023651A true JP2001023651A (en) | 2001-01-26 |
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