JP2006012466A - Fuel cell - Google Patents

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Koji Morita
幸治 盛田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of condensed water in a diffuser between a power-generating portion and an outlet side manifold. <P>SOLUTION: A diffuser 47 is provided between a cathode gas passage 41 in a cathode side separator 5 and a cathode inlet manifold hole 19c, and a guide 48 for straightening fluid is provided in the diffuser 47. Heat exchanging performance in the diffuser 47 is lowered by forming a part 49 between a cathode gas passage group 43 in the cathode side separator 5 and each of manifold holes 15c, 17c, 19c, with a resin of a material with thermal conductivity lower than other parts. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体電解質およびその両側に一対の電極を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータとを有する単位電池を複数積層した燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which a plurality of unit cells each including a solid electrolyte and a membrane electrode assembly including a pair of electrodes on both sides thereof, and an anode separator and a cathode separator disposed on both sides of the membrane electrode assembly are stacked. About.

燃料電池において、積層した各単位電池に対し、冷却水，アノードガス，カソードガスをそれぞれ供給・排出するために、積層方向に貫通するマニホールドが必須の構造である。マニホールドは、各単位電池の流路形状によって、単位電池の面内での設置位置が決定される。各単位電池の流路が直線状でかつ互いに並行に流れるような構成では、それぞれのマニホールドが互いに近接するため、３つの流体の各マニホールドの幅は流路群の幅より狭いものとなる（例えば下記特許文献１参照）。
ＵＳ２００２／００６４７０２Ａ１ In a fuel cell, a manifold penetrating in the stacking direction is indispensable for supplying and discharging cooling water, anode gas, and cathode gas to each stacked unit cell. The installation position of the manifold in the plane of the unit battery is determined by the flow path shape of each unit battery. In a configuration in which the flow paths of the unit cells are straight and flow in parallel to each other, the manifolds are close to each other, so the width of each manifold of the three fluids is narrower than the width of the flow path group (for example, See Patent Document 1 below).
US2002 / 0064702A1

ところで、各単位電池の流路がサーペンタイン（蛇行状）などで、マニホールド同士が近接しない構成では、マニホールドの幅は流路群の幅に対して等しくとれるので、マニホールドは、各単位電池に均等に流体を分配できるとともに、流路群を構成する各流路に対しても均等に流体を分配できるような設計が可能となる。   By the way, if the flow path of each unit cell is serpentine (meandering) or the like and the manifolds are not close to each other, the manifold width can be made equal to the width of the flow path group. It is possible to design such that the fluid can be distributed and the fluid can be evenly distributed to each of the flow paths constituting the flow path group.

しかしながら、前述したような３流体の各マニホールドが互いに近接する場合には、入口側マニホールドから、それより幅の広い流路群に各流体を供給し、また、流路群より幅の狭い出口側マニホールドへ流体を排出することになるため、マニホールドは各単位電池に均等に流体を分配する機能を有するだけで、この流路の拡大・縮小を伴う部分（ディフューザと呼ぶ）が、流路群を構成する各流路に均等に流体を分配する機能を果たすことになる。   However, when the three-fluid manifolds as described above are close to each other, each fluid is supplied from the inlet-side manifold to a wider channel group, and the outlet side is narrower than the channel group. Since the fluid is discharged to the manifold, the manifold only has a function of distributing the fluid evenly to each unit cell. The function of distributing the fluid evenly to the respective flow paths constituting the same is achieved.

このディフューザは、流体を整流するために、ある程度の長さが必要になることから、熱交換器の機能を有するものとなる。すなわち、ディフューザの上流側の発電部で、反応ガスが冷却水と温度差を持っていても、ディフューザで熱交換することにより、流体相互の温度差が緩和される。   Since this diffuser needs a certain length in order to rectify the fluid, it has the function of a heat exchanger. That is, even if the reaction gas has a temperature difference with the cooling water in the power generation unit on the upstream side of the diffuser, the temperature difference between the fluids is reduced by exchanging heat with the diffuser.

例えば冷却水出口温度を同等とした場合、ディフューザを持たない燃料電池に比べて反応ガスは低い温度で排出される。このため、反応ガスの出口側に注目すれば、反応ガス中に含まれる水分（蒸気）がディフューザで凝縮し、水収支を成立させるために凝縮水の再利用システムが必要となるという問題点がある。   For example, when the cooling water outlet temperature is made equal, the reaction gas is discharged at a lower temperature than a fuel cell without a diffuser. For this reason, if attention is paid to the outlet side of the reaction gas, moisture (steam) contained in the reaction gas is condensed by the diffuser, and a condensate reuse system is required to establish a water balance. is there.

そこで、本発明は、発電部と出口側マニホールドとの間のディフューザでの凝縮水の発生を抑えることを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to suppress the generation of condensed water in the diffuser between the power generation unit and the outlet side manifold.

本発明は、固体電解質およびその両側に一対の電極を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータとを、それぞれ有する単位電池を複数積層し、前記固体電解質と前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータとの間に形成した反応ガス流路と、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの各反応ガス流路のうち少なくとも一方の反応ガス流路と反対側に設けた冷却水流路とが、互いに並行で、かつ前記反応ガス流路および冷却水流路にそれぞれ連通して前記積層方向に貫通する複数のマニホールドが互いに近接する燃料電池において、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方の、前記単位電池の前記電極を備えた発電部と前記マニホールドの出口側との間の部位を、他の部位に比較して熱伝導率の低い材料で構成したことを最も主要な特徴とする。   The present invention comprises a plurality of unit cells each having a solid electrolyte and a membrane electrode assembly having a pair of electrodes on both sides thereof, and an anode separator and a cathode separator disposed on both sides of the membrane electrode assembly, respectively. A reaction gas flow path formed between the solid electrolyte and the anode-side separator and the cathode-side separator, and at least one reaction gas flow path of the reaction gas flow paths of the anode-side separator and the cathode-side separator. The anode separator in the fuel cell in which a plurality of manifolds penetrating in the stacking direction are in parallel with each other and are connected to the reaction gas channel and the cooling water channel, respectively, and pass through in the stacking direction. And at least one of the separator on the cathode side, the electrode of the unit cell is provided. And the portion between the power generation unit and the outlet side of the manifold, the most important characterized by being configured relative to the other sites in a material having low thermal conductivity.

本発明によれば、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方の、単位電池の電極を備えた発電部と出口側マニホールドとの間の部位を、他の部位に比較して熱伝導率の低い材料で構成したため、発電部と出口側マニホールドとの間の部分の熱交換性能が低下して出口ガス温度の低下を抑えることができ、凝縮水の発生を抑えることができる。   According to the present invention, at least one of the anode-side separator and the cathode-side separator has a portion with a thermal conductivity higher than that of the other portion between the power generation unit including the unit cell electrode and the outlet-side manifold. Since it comprised with low material, the heat exchange performance of the part between an electric power generation part and an exit side manifold falls, the fall of exit gas temperature can be suppressed, and generation | occurrence | production of condensed water can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の単位電池を構成する各種部材の平面図である。膜電極接合体であるＭＥＡ１と、アノード側セパレータ３と、カソード側セパレータ５との３つの部材により単位電池を構成し、この単位電池を複数積層して燃料電池を構成する。   FIG. 1 is a plan view of various members constituting the unit cell of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. A unit cell is constituted by three members of the MEA 1, which is a membrane electrode assembly, the anode side separator 3, and the cathode side separator 5, and a plurality of the unit cells are stacked to constitute a fuel cell.

ＭＥＡ１は、高分子固体電解質膜の両側に触媒層およびガス拡散層を備えた一対の電極を有する発電部７を図１中で表裏両面に備え、その紙面裏側にアノード側セパレータ３の紙面表側を重ね、同紙面表側にカソード側セパレータ５の紙面裏側を重ねる。   The MEA 1 includes a power generation unit 7 having a pair of electrodes provided with a catalyst layer and a gas diffusion layer on both sides of a polymer solid electrolyte membrane on both the front and back surfaces in FIG. 1, and the paper surface front side of the anode-side separator 3 on the paper back side. The back side of the cathode separator 5 is overlapped with the front side of the paper.

上記したＭＥＡ１の図１中で左側の端部には、上部から、カソード入口マニホールド９を構成するカソード入口マニホールド孔９ａ，冷却水入口マニホールド１１を構成する冷却水入口マニホールド孔１１ａ，アノード出口マニホールド１３を構成するアノード出口マニホールド孔１３ａをそれぞれ形成している。   From the top of the above-mentioned MEA 1 in FIG. 1, the cathode inlet manifold hole 9 a constituting the cathode inlet manifold 9, the cooling water inlet manifold hole 11 a constituting the cooling water inlet manifold 11, and the anode outlet manifold 13 are arranged from the top. Are formed respectively.

また、ＭＥＡ１の図１中で右側の端部には、上部から、アノード入口マニホールド１５を構成するアノード入口マニホールド孔１５ａ，冷却水出口マニホールド１７を構成する冷却水出口マニホールド孔１７ａ，カソード出口マニホールド１９を構成するカソード出口マニホールド孔１９ａをそれぞれ形成している。   1, the anode inlet manifold hole 15a constituting the anode inlet manifold 15 and the cooling water outlet manifold hole 17a constituting the cooling water outlet manifold 17 and the cathode outlet manifold 19 are arranged at the right end in FIG. Each of the cathode outlet manifold holes 19a is formed.

さらに、ＭＥＡ１の図１中で紙面表側のカソード側セパレータ５に対向する面において、その周囲を囲むとともに、冷却水入口マニホールド孔１１ａ，アノード出口マニホールド孔１３ａおよび、アノード入口マニホールド孔１５ａ，冷却水出口マニホールド孔１７ａのそれぞれの周囲を囲むように、シール材２１を設置する。   Further, the surface of the MEA 1 facing the cathode separator 5 on the front side of the drawing in FIG. 1 surrounds the periphery thereof, and includes a cooling water inlet manifold hole 11a, an anode outlet manifold hole 13a, an anode inlet manifold hole 15a, and a cooling water outlet. The sealing material 21 is installed so as to surround each of the manifold holes 17a.

ＭＥＡ１の図１中で紙面裏側のアノード側セパレータ３に対向する面にもシール材を設けてあり、このシール材は、上記アノード側セパレータ３に対向する面の周囲を囲むとともに、カソード入口マニホールド孔９ａ，冷却水入口マニホールド孔１１ａおよび、冷却水出口マニホールド孔１７ａ，カソード出口マニホールド孔１９ａのそれぞれ周囲を囲むよう設置する。   A sealing material is also provided on the surface of the MEA 1 facing the anode side separator 3 on the back side of the paper in FIG. 1, and this sealing material surrounds the periphery of the surface facing the anode side separator 3 and also has a cathode inlet manifold hole. 9a, the cooling water inlet manifold hole 11a, the cooling water outlet manifold hole 17a, and the cathode outlet manifold hole 19a are installed so as to surround them.

これらシール材２１を含むシール材は、アノードガスとカソードガスと冷却水と大気との間をそれぞれシールすることを目的とする。   The sealing material including these sealing materials 21 aims to seal between the anode gas, the cathode gas, the cooling water, and the atmosphere.

アノード側セパレータ３は、導電性を有するカーボンを主とする材料からなり、ＭＥＡ１に形成した前記カソード入口マニホールド孔９ａ，冷却水入口マニホールド孔１１ａ，アノード出口マニホールド孔１３ａおよび、アノード入口マニホールド孔１５ａ，冷却水出口マニホールド孔１７ａ，カソード出口マニホールド孔１９ａにそれぞれ対応して、カソード入口マニホールド９を構成するカソード入口マニホールド孔９ｂ，冷却水入口マニホールド１１を構成する冷却水入口マニホールド孔１１ｂ，アノード出口マニホールド１３を構成するアノード出口マニホールド孔１３ｂおよび、アノード入口マニホールド１５を構成するアノード入口マニホールド孔１５ｂ，冷却水出口マニホールド１７を構成する冷却水出口マニホールド孔１７ｂ，カソード出口マニホールド１９を構成するカソード出口マニホールド孔１９ｂをそれぞれ形成してある。   The anode-side separator 3 is made of a material mainly composed of carbon having conductivity, and the cathode inlet manifold hole 9a, the cooling water inlet manifold hole 11a, the anode outlet manifold hole 13a, and the anode inlet manifold hole 15a formed in the MEA 1. Corresponding to the cooling water outlet manifold hole 17a and the cathode outlet manifold hole 19a, the cathode inlet manifold hole 9b constituting the cathode inlet manifold 9, the cooling water inlet manifold hole 11b constituting the cooling water inlet manifold 11, and the anode outlet manifold 13, respectively. The anode outlet manifold hole 13 b constituting the anode inlet manifold hole 15 b constituting the anode inlet manifold 15 and the cooling water outlet manifold hole 17 constituting the cooling water outlet manifold 17. The cathode outlet manifold aperture 19b constituting the cathode outlet manifold 19 are formed respectively.

また、アノード側セパレータ３におけるＭＥＡ１の発電部７に対応する部分には、図１中で左右方向に延びる互いに平行な複数の反応ガス流路としてのアノードガス流路２３を備えたアノードガス流路群２５を設けている。このアノードガス流路群２５を形成した面は、ＭＥＡ１に対向する側であるが、その裏側の隣接する単位電池におけるカソード側セパレータ５に対向する面には、後述するカソード側セパレータ５と同様の冷却水流路を形成している。   Further, an anode gas flow path provided with a plurality of parallel reaction gas flow paths 23 extending in the left-right direction in FIG. A group 25 is provided. The surface on which the anode gas flow path group 25 is formed is on the side facing the MEA 1, but the surface facing the cathode side separator 5 in the adjacent unit cell on the back side is the same as the cathode side separator 5 described later. A cooling water flow path is formed.

そして、上記したアノードガス流路群２５と、アノード入口マニホールド孔１５ｂとの間には、アノードガスを整流する部分として、ディフューザ２７を形成する。さらに、アノードガス流路群２５とアノード出口マニホールド孔１３ｂとの間には、アノードガスを整流する部分として、ディフューザ２９を形成する。これら各ディフューザ２７および２９には、アノードガスをガイドするアノードガスガイド２８および３０をそれぞれ設けている。   A diffuser 27 is formed between the anode gas flow path group 25 and the anode inlet manifold hole 15b as a portion for rectifying the anode gas. Further, a diffuser 29 is formed between the anode gas flow path group 25 and the anode outlet manifold hole 13b as a portion for rectifying the anode gas. Each of these diffusers 27 and 29 is provided with anode gas guides 28 and 30 for guiding the anode gas, respectively.

カソード側セパレータ５は、導電性を有するカーボンを主とする材料からなり、ＭＥＡ１に形成した前記カソード入口マニホールド孔９ａ，冷却水入口マニホールド孔１１ａ，アノード出口マニホールド孔１３ａおよび、アノード入口マニホールド孔１５ａ，冷却水出口マニホールド孔１７ａ，カソード出口マニホールド孔１９ａにそれぞれ対応して、カソード入口マニホールド９を構成するカソード入口マニホールド孔９ｃ，冷却水入口マニホールド１１を構成する冷却水入口マニホールド孔１１ｃ，アノード出口マニホールド１３を構成するアノード出口マニホールド孔１３ｃおよび、アノード入口マニホールド１５を構成するアノード入口マニホールド孔１５ｃ，冷却水出口マニホールド１７を構成する冷却水出口マニホールド孔１７ｃ，カソード出口マニホールド１９を構成するカソード出口マニホールド孔１９ｃをそれぞれ形成してある。   The cathode-side separator 5 is made of a material mainly made of conductive carbon, and the cathode inlet manifold hole 9a, the cooling water inlet manifold hole 11a, the anode outlet manifold hole 13a, and the anode inlet manifold hole 15a formed in the MEA1. Corresponding to the cooling water outlet manifold hole 17a and the cathode outlet manifold hole 19a, the cathode inlet manifold hole 9c constituting the cathode inlet manifold 9, the cooling water inlet manifold hole 11c constituting the cooling water inlet manifold 11, and the anode outlet manifold 13, respectively. The anode outlet manifold hole 13 c constituting the anode inlet manifold hole 15 c constituting the anode inlet manifold 15 and the cooling water outlet manifold hole 17 constituting the cooling water outlet manifold 17. The cathode outlet manifold aperture 19c constituting the cathode outlet manifold 19 are formed respectively.

また、カソード側セパレータ５におけるＭＥＡ１の発電部７に対応する部分には、図１中で左右方向に延びる互いに平行な複数の冷却水流路３１を備えた冷却水流路群３３を設けている。   In addition, a cooling water flow path group 33 including a plurality of parallel cooling water flow paths 31 extending in the left-right direction in FIG. 1 is provided in a portion corresponding to the power generation unit 7 of the MEA 1 in the cathode side separator 5.

そして、上記した冷却水流路群３３と、冷却水入口マニホールド孔１１ｃとの間には、冷却水を整流する部分として、ディフューザ３５を形成する。さらに、冷却水流路群３３と冷却水出口マニホールド孔１７ｃとの間には、冷却水を整流する部分として、ディフューザ３７を形成する。これら各ディフューザ３５および３７には、冷却水をガイドする冷却水ガイド３６および３８をそれぞれ設けている。   A diffuser 35 is formed between the cooling water flow path group 33 and the cooling water inlet manifold hole 11c as a portion for rectifying the cooling water. Further, a diffuser 37 is formed between the cooling water flow path group 33 and the cooling water outlet manifold hole 17c as a portion for rectifying the cooling water. Each of these diffusers 35 and 37 is provided with cooling water guides 36 and 38 for guiding the cooling water, respectively.

また、カソード側セパレータ５の図１中で紙面表側の、隣接する単位電池のアノード側セパレータ３に対向する面において、その周囲を囲むとともに、カソード入口マニホールド孔９ｃ，アノード出口マニホールド孔１３ｃおよび、アノード入口マニホールド孔１５ｃ，カソード出口マニホールド孔１９ｃのそれぞれの周囲を囲むように、シール材３９を設置する。このシール材３９は、アノードガスとカソードガスと冷却水と大気との間をそれぞれシールすることを目的とする。   Further, the surface of the cathode side separator 5 on the front side in FIG. 1 facing the anode side separator 3 of the adjacent unit cell is surrounded by the cathode inlet manifold hole 9c, the anode outlet manifold hole 13c, and the anode. The sealing material 39 is installed so as to surround each of the inlet manifold hole 15c and the cathode outlet manifold hole 19c. The purpose of the sealing material 39 is to seal between the anode gas, the cathode gas, the cooling water, and the atmosphere.

図２は、カソード側セパレータ５の上記冷却水流路３１を備えた面と反対側の面、すなわちＭＥＡ１に対向する面の平面図である。このカソード側セパレータ５のＭＥＡ１に対向する面には、発電部７に対応する位置に、図１中で左右方向に延びる互いに平行な複数の反応ガス流路としてのカソードガス流路４１を備えたカソードガス流路群４３を設けている。   FIG. 2 is a plan view of the surface of the cathode-side separator 5 opposite to the surface provided with the cooling water flow path 31, that is, the surface facing the MEA 1. On the surface facing the MEA 1 of the cathode-side separator 5, cathode gas passages 41 as a plurality of parallel reaction gas passages extending in the left-right direction in FIG. A cathode gas flow path group 43 is provided.

上記図１および図２に示すように、反応ガス流路であるアノードガス流路２３およびカソードガス流路４１と、冷却水流路３１とは、互いに並行で、かつカソード入口，冷却水入口，アノード出口の各マニホールド９，１１，１３が互いに近接するとともに、アノード入口，冷却水出口，カソード出口の各マニホールド１５，１７，１９が互いに近接している。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the anode gas channel 23 and the cathode gas channel 41, which are reaction gas channels, and the cooling water channel 31 are parallel to each other, and are connected to the cathode inlet, the cooling water inlet, and the anode. The outlet manifolds 9, 11, 13 are close to each other, and the anode inlet, cooling water outlet, and cathode outlet manifolds 15, 17, 19 are close to each other.

上記したカソードガス流路群４３と、カソード入口マニホールド孔９ｃとの間には、カソードガスを整流する部分として、ディフューザ４５を形成する。さらに、カソードガス流路群４３とカソード出口マニホールド孔１９ｃとの間には、カソードガスを整流する部分として、ディフューザ４７を形成する。これら各ディフューザ４５および４７には、カソードガスをガイドするカソードガスガイド４６および４８をそれぞれ設けている。   A diffuser 45 is formed between the cathode gas flow path group 43 and the cathode inlet manifold hole 9c as a portion for rectifying the cathode gas. Further, a diffuser 47 is formed between the cathode gas flow path group 43 and the cathode outlet manifold hole 19c as a portion for rectifying the cathode gas. Each of these diffusers 45 and 47 is provided with cathode gas guides 46 and 48 for guiding the cathode gas, respectively.

そして、カソード側セパレータ５におけるカソードガス流路群４３と、マニホールドの排出側となるカソード出口マニホールド孔１９ｃを含む各マニホールド孔１５ｃ，１７ｃ，１９ｃとの間の部位４９を、カソード側セパレータ５における他の部位に対して熱伝導率の低い材料である樹脂で構成し、これによりカソード側セパレータ５を、カーボンを主とする材料と樹脂との複合材としている。   Then, a portion 49 between the cathode gas flow path group 43 in the cathode side separator 5 and each of the manifold holes 15c, 17c, 19c including the cathode outlet manifold hole 19c on the discharge side of the manifold is replaced with other parts in the cathode side separator 5. Thus, the cathode-side separator 5 is made of a composite material composed mainly of carbon and a resin.

上記したＭＥＡ１の発電部７に対応する部分にて、アノードガス、カソードガス、冷却水が互いに並行に流れ、かつ、それぞれのマニホールド９，１１，１３が互いに近接するとともに、それぞれのマニホールド１５，１７，１９が互いに近接するために、各マニホールド９，１１，１３および１５，１７，１９の幅（図１中で上下方向の幅）は、発電部７の幅（流路群２５，３３，４３の図１中で上下方向の幅）の概ね１／３となっている。   Anode gas, cathode gas, and cooling water flow in parallel to each other at a portion corresponding to the power generation unit 7 of the MEA 1 described above, and the manifolds 9, 11, 13 are close to each other, and the manifolds 15, 17 are arranged. , 19 are close to each other, the width of each manifold 9, 11, 13 and 15, 17, 19 (the vertical width in FIG. 1) is the same as the width of the power generation unit 7 (flow path groups 25, 33, 43). The width in the vertical direction in FIG.

このため、図１中で上下の幅が互いに変化する発電部７と各マニホールド９，１１，１３および１５，１７，１９との間に、各流体を整流して各流路に分配および各マニホールドに集合させるために、前記ディフューザ２７および２９，３５および３７，４５および４７を設けている。   For this reason, each fluid is rectified and distributed to each flow path between the power generation unit 7 whose vertical width changes in FIG. 1 and the manifolds 9, 11, 13 and 15, 17, 19, and the manifolds. The diffusers 27 and 29, 35 and 37, 45 and 47 are provided.

ここで発電部７におけるカソードガスと冷却水とは、相互間での伝熱のため、いくらかの温度差を有している。この温度差は、発電による発熱と同じ伝熱量となるように発生する。図２におけるカソード側セパレータ５のディフューザ４７は、発電がなされておらず、このディフューザ４７をカソードガスが移動する際には、上記した温度差を維持できなくなる傾向にあるが、ここでのディフューザ４７は熱伝導率が低い樹脂で構成しているため、温度差の減少を小さくすることができる。このため、ディフューザ４７で凝縮水の発生を抑えることができ、水収支の悪化を防ぐことができることから、凝縮水の再利用システムを不要とすることも可能となる。   Here, the cathode gas and the cooling water in the power generation unit 7 have some temperature difference because of heat transfer between them. This temperature difference is generated so as to have the same heat transfer amount as the heat generated by power generation. The diffuser 47 of the cathode-side separator 5 in FIG. 2 is not generating electric power, and when the cathode gas moves through the diffuser 47, there is a tendency that the temperature difference cannot be maintained. Since it is made of a resin having low thermal conductivity, the decrease in temperature difference can be reduced. For this reason, generation | occurrence | production of condensed water can be suppressed with the diffuser 47, and since deterioration of a water balance can be prevented, it also becomes possible to make the reuse system of condensed water unnecessary.

図３は、この発明の第２の実施形態に係わる、カソード側セパレータ５のＭＥＡ１に対向する面を示す要部の平面図である。   FIG. 3 is a plan view of the main part showing the surface of the cathode separator 5 facing the MEA 1 according to the second embodiment of the present invention.

この実施形態は、ディフューザ４７に設けたガイド４８，４８ａのうち、カソードガス流路４１側のガイド４８ａの幅を厚くし、ディフューザ４７でのカソードガスとの接触面積を減らしている。これにより、ディフューザ４７を流れるカソードガスと、ディフューザ４７の裏面側のディフューザ３７を流れる冷却水との伝熱面積を小さくする。   In this embodiment, of the guides 48, 48 a provided in the diffuser 47, the width of the guide 48 a on the cathode gas flow path 41 side is increased to reduce the contact area with the cathode gas in the diffuser 47. As a result, the heat transfer area between the cathode gas flowing through the diffuser 47 and the cooling water flowing through the diffuser 37 on the back surface side of the diffuser 47 is reduced.

なお、カソードガスと冷却水との伝熱面積を小さくするために、冷却水側のディフューザ３７におけるガイド３８の幅を厚くしてもよい。   In order to reduce the heat transfer area between the cathode gas and the cooling water, the width of the guide 38 in the diffuser 37 on the cooling water side may be increased.

上記したように、カソードガスと冷却水との伝熱面積を減らすことで、第１の実施形態と同様に、ディフューザ４７におけるカソードガスと冷却水との温度差の減少を小さくすることができ、これによりディフューザ４７での凝縮水の発生を抑えることができ、水収支の悪化を防ぐことができることから、凝縮水の再利用システムを不要とすることも可能となる。   As described above, by reducing the heat transfer area between the cathode gas and the cooling water, similarly to the first embodiment, the decrease in the temperature difference between the cathode gas and the cooling water in the diffuser 47 can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the condensed water in the diffuser 47 can be suppressed, and since the deterioration of a water balance can be prevented, it also becomes possible to make the reuse system of condensed water unnecessary.

本発明によれば、固体電解質およびその両側に一対の電極を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータとを、それぞれ有する単位電池を複数積層し、前記固体電解質と前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータとの間に形成した反応ガス流路と、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの各反応ガス流路のうち少なくとも一方の反応ガス流路と反対側に設けた冷却水流路とが、互いに並行で、かつ前記反応ガス流路および冷却水流路にそれぞれ連通して前記積層方向に貫通する複数のマニホールドが互いに近接する燃料電池において、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方の、前記単位電池の前記電極を備えた発電部と前記マニホールドの出口側との間に、反応ガスと冷却水との伝熱面積を小さくする流体整流用のガイドを設けたので、発電部と出口側マニホールドとの間の部分の熱交換性能が低下して出口ガス温度の低下を抑えることができ、凝縮水の発生を抑えることができる。   According to the present invention, a plurality of unit cells each having a solid electrolyte and a membrane electrode assembly including a pair of electrodes on both sides thereof, and an anode separator and a cathode separator respectively disposed on both sides of the membrane electrode assembly are provided. A reaction gas flow path formed between the solid electrolyte and the anode-side separator and the cathode-side separator, and at least one reaction gas flow path among the reaction gas flow paths of the anode-side separator and the cathode-side separator. In the fuel cell, a plurality of manifolds that are parallel to each other and that are respectively connected to the reaction gas channel and the cooling water channel and penetrate in the stacking direction are adjacent to each other. At least one of the side separator and the cathode side separator. Since a fluid rectifying guide for reducing the heat transfer area between the reaction gas and the cooling water is provided between the power generation unit provided with the manifold and the outlet side of the manifold, a portion between the power generation unit and the outlet side manifold is provided. The heat exchanging performance of the gas can be reduced, the decrease in the outlet gas temperature can be suppressed, and the generation of condensed water can be suppressed.

本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の単位電池を構成する各種部材の平面図である。It is a top view of the various members which comprise the unit cell of the fuel cell concerning the 1st Embodiment of this invention. カソード側セパレータのＭＥＡに対向する面の平面図である。It is a top view of the surface which opposes MEA of a cathode side separator. この発明の第２の実施形態に係わる、カソード側セパレータのＭＥＡに対向する面を示す要部の平面図である。It is a top view of the principal part which shows the surface facing MEA of the cathode side separator concerning the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ ＭＥＡ（膜電極接合体）
３ アノード側セパレータ
５ カソード側セパレータ
９ カソード入口マニホールド
１１ 冷却水入口マニホールド
１３ アノード出口マニホールド
１５ アノード入口マニホールド
１７ 冷却水出口マニホールド
１９ カソード出口マニホールド
２３ アノードガス流路（反応ガス流路）
３１ 冷却水流路
４１ カソードガス流路（反応ガス流路）
４８ａ 反応ガスと冷却水との伝熱面積を小さくする流体整流用のガイド
４９ 熱伝導率の低い部位 1 MEA (membrane electrode assembly)
3 Anode-side separator 5 Cathode-side separator 9 Cathode inlet manifold 11 Cooling water inlet manifold 13 Anode outlet manifold 15 Anode inlet manifold 17 Cooling water outlet manifold 19 Cathode outlet manifold 23 Anode gas flow path (reaction gas flow path)
31 Cooling water channel 41 Cathode gas channel (reactive gas channel)
48a Fluid rectifying guide for reducing the heat transfer area between the reaction gas and the cooling water 49 Site with low thermal conductivity

Claims (2)

固体電解質およびその両側に一対の電極を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータとを、それぞれ有する単位電池を複数積層し、前記固体電解質と前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータとの間に形成した反応ガス流路と、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの各反応ガス流路のうち少なくとも一方の反応ガス流路と反対側に設けた冷却水流路とが、互いに並行で、かつ前記反応ガス流路および冷却水流路にそれぞれ連通して前記積層方向に貫通する複数のマニホールドが互いに近接する燃料電池において、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方の、前記単位電池の前記電極を備えた発電部と前記マニホールドの出口側との間の部位を、他の部位に比較して熱伝導率の低い材料で構成したことを特徴とする燃料電池。   A plurality of unit cells each including a solid electrolyte and a membrane electrode assembly provided with a pair of electrodes on both sides thereof, and an anode side separator and a cathode side separator respectively disposed on both sides of the membrane electrode assembly are stacked, and the solid electrolyte And a reaction gas passage formed between the anode-side separator and the cathode-side separator, and at least one of the reaction gas passages of the anode-side separator and the cathode-side separator. In the fuel cell in which the cooling water flow paths are parallel to each other, and the plurality of manifolds that penetrate the reaction gas flow path and the cooling water flow path and penetrate in the stacking direction are close to each other, the anode side separator and the cathode side separator At least one of the unit battery including the electrode of the unit battery Fuel cell, wherein a part between the outlet side of the manifold, and configured relative to other sites material having low thermal conductivity. 固体電解質およびその両側に一対の電極を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータとを、それぞれ有する単位電池を複数積層し、前記固体電解質と前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータとの間に形成した反応ガス流路と、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの各反応ガス流路のうち少なくとも一方の反応ガス流路と反対側に設けた冷却水流路とが、互いに並行で、かつ前記反応ガス流路および冷却水流路にそれぞれ連通して前記積層方向に貫通する複数のマニホールドが互いに近接する燃料電池において、前記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方の、前記単位電池の前記電極を備えた発電部と前記マニホールドの出口側との間に、反応ガスと冷却水との伝熱面積を小さくする流体整流用のガイドを設けたことを特徴とする燃料電池。   A plurality of unit cells each including a solid electrolyte and a membrane electrode assembly provided with a pair of electrodes on both sides thereof, and an anode side separator and a cathode side separator respectively disposed on both sides of the membrane electrode assembly are stacked, and the solid electrolyte And a reaction gas passage formed between the anode-side separator and the cathode-side separator, and at least one of the reaction gas passages of the anode-side separator and the cathode-side separator. In the fuel cell in which the cooling water flow paths are parallel to each other, and the plurality of manifolds that penetrate the reaction gas flow path and the cooling water flow path and penetrate in the stacking direction are close to each other, the anode side separator and the cathode side separator At least one of the unit battery including the electrode of the unit battery Fuel cell, characterized in that between the outlet side of the manifold and a guide for the fluid rectifying to reduce the heat transfer area between the reaction gas and the coolant.
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