JP2008027804A - Fuel cell - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To promote discharge of residual water in a reaction gas flow passage of a gas passage forming part. <P>SOLUTION: A separator is provided with a plurality of gas supplying passage parts which is arranged at a position corresponding to the lower end part of the vertical direction of the gas passage forming part along the direction perpendicular to the vertical direction in a face contacting the gas passage forming part and which has an opening in order to supply the reaction gas to the gas passage forming part, and a plurality of gas discharge passage parts which is arranged at the position corresponding to the upper end part of the vertical direction of the gas passage forming part along the direction perpendicular to the vertical direction and which has the opening for discharging the reaction gas from the gas passage forming part. The opening of the plurality of gas supplying passage parts is formed so that the farther from an arrangement position of the discharge water drain the opening is positioned, the larger opening area becomes, and so that the closer the opening is positioned, the smaller the opening area becomes. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池において、多孔質部材によって構成される反応ガス流路内に滞留する水の排出を促進する技術に関する。   The present invention relates to a technique for promoting the discharge of water staying in a reaction gas flow path constituted by a porous member in a fuel cell.

近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。このような燃料電池は、一般に、電解質膜と電解質膜上に設けられた電極（酸素極および水素極。酸素極を以下では、カソードと呼び、水素極を以下では、アノードと呼ぶ。）と、を備える単セルを、セパレータにより挟持することにより構成される（特許文献１参照）。   In recent years, fuel cells that generate electricity by electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have attracted attention as energy sources. Such a fuel cell generally includes an electrolyte membrane and electrodes (an oxygen electrode and a hydrogen electrode. The oxygen electrode is hereinafter referred to as a cathode and the hydrogen electrode is referred to as an anode hereinafter) provided on the electrolyte membrane. A single cell provided with is sandwiched between separators (see Patent Document 1).

電気化学反応に供される反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガス）の電極に対しての給排は、単セルを挟持するセパレータに設けられた反応ガス流路溝により構成される反応ガス流路を介して行われ、あるいは、ガス拡散性あるいは集電性を確保するために、電極とセパレータとの間に設けられた多孔質な導電性部材から成る層（以下では、ガス流路形成部とも呼ぶ。）により構成される反応ガス流路を介して行われる。   The supply and discharge of the reaction gas (fuel gas or oxidization gas) supplied to the electrochemical reaction is performed through a reaction gas flow path constituted by a reaction gas flow path groove provided in a separator sandwiching a single cell. Or a layer made of a porous conductive member provided between the electrode and the separator in order to ensure gas diffusibility or current collection (hereinafter also referred to as a gas flow path forming portion) This is performed via the reaction gas flow path constituted by.

特開２００１−１４８２５２号公報JP 2001-148252 A

ところで、燃料電池では、水素と酸素の電気化学反応によって、カソードにおいて水が生成される。この生成水のうち、反応ガス中に水蒸気として含むことができる飽和水蒸気量以下の水は、反応ガスとともに排出され、飽和水蒸気量よりも多い水は、水の排出流路としても機能する反応ガス流路中を反応ガスによって押し出されることにより排出される。従って、反応ガスによって押し出すことができなかった水は、反応ガス流路に溜まって反応ガス流路を閉塞する場合がある。   By the way, in the fuel cell, water is generated at the cathode by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Of this generated water, water below the saturated water vapor amount that can be included as water vapor in the reaction gas is discharged together with the reaction gas, and water larger than the saturated water vapor amount is a reaction gas that also functions as a water discharge channel. It is discharged by being pushed through the flow path by the reaction gas. Therefore, water that could not be pushed out by the reaction gas may accumulate in the reaction gas channel and block the reaction gas channel.

例えば、上記のように、反応ガス流路が反応ガス流路溝によって構成される場合には、水の排出流路が反応ガス流路溝によって構成される反応ガス流路に制限されるので、反応ガス流路溝に水が溜まりやすく、反応ガス流路を閉塞する場合がある。   For example, as described above, when the reaction gas channel is configured by the reaction gas channel groove, the water discharge channel is limited to the reaction gas channel configured by the reaction gas channel groove. In some cases, water easily collects in the reaction gas channel groove, and the reaction gas channel may be blocked.

また、多孔質な導電性部材から成るガス流路形成部により構成される反応ガス流路の場合には、反応ガス流路溝のような反応ガス流路の制限がないので、反応ガス流路の制限による反応ガス流路の閉塞の可能性は低い。しかしながら、ガス流路形成部は内部に形成される多くの細孔からなる空間に水が滞留しやすいため、反応ガス流路内に滞留する水の量は、反応ガス流路溝による反応ガス流路の場合に比べて非常に多くなり、結果として、反応ガス流路やガス流路形成部に反応ガスを供給するためのガス供給孔を閉塞する場合がある。   Further, in the case of a reaction gas flow path constituted by a gas flow path forming portion made of a porous conductive member, there is no restriction on the reaction gas flow path as in the reaction gas flow path groove. The possibility of clogging of the reaction gas flow path due to the restriction is low. However, since the gas flow path forming portion easily retains water in a space formed by many pores formed therein, the amount of water remaining in the reaction gas flow path is the amount of the reaction gas flow caused by the reaction gas flow path groove. As compared with the case of the channel, the number of the gas supply holes is extremely large, and as a result, the gas supply hole for supplying the reaction gas to the reaction gas channel or the gas channel forming part may be blocked.

特に、ガス流路形成部の下端部から供給された反応ガスが、ガス流路形成部内を上方向に向かって流れ、ガス流路形成部の上端部から排出されるように反応ガス流路が構成された場合には、反応ガス流路内に滞留する水を反応ガスの流れによって押し上げて排出することになるため、押し上げることができない水が反応ガス流路内に滞留する可能性が高くなり、結果として、反応ガス流路や反応ガス供給孔が閉塞される可能性が高くなる。   In particular, the reaction gas flow path is provided so that the reaction gas supplied from the lower end of the gas flow path forming section flows upward in the gas flow path forming section and is discharged from the upper end of the gas flow path forming section. In this case, the water staying in the reaction gas channel is pushed up and discharged by the flow of the reaction gas, so that there is a high possibility that water that cannot be pushed up will stay in the reaction gas channel. As a result, there is a high possibility that the reaction gas channel and the reaction gas supply hole are blocked.

反応ガス流路や反応ガス供給孔が閉塞すると、反応ガスの給排が妨げられ、結果として、燃料電池の発電能力が低下し、さらには、発電停止となる可能性がある。なお、以下では、反応ガスの流れが妨げられることを、簡単に「ガス閉塞」とも呼ぶ。   If the reaction gas flow path or the reaction gas supply hole is blocked, the supply and discharge of the reaction gas is hindered. As a result, the power generation capability of the fuel cell may be reduced, and furthermore, the power generation may be stopped. In the following, the hindering of the flow of the reaction gas is also simply referred to as “gas blockage”.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、多孔質部材によって形成されたガス流路形成部に、ガス流路形成部の下端部から反応ガスを供給して上端部から排出するように、反応ガス流路が構成される場合に、ガス流路形成部によって構成される反応ガス流路内に滞留する水の排出を促進する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. In a fuel cell, a reaction gas is supplied from a lower end portion of a gas flow path forming portion to a gas flow path forming portion formed by a porous member. To provide a technique for promoting discharge of water staying in a reaction gas flow path formed by a gas flow path forming section when the reaction gas flow path is configured to be supplied and discharged from an upper end portion With the goal.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質膜上に電極が形成された膜電極接合体と、導電性多孔質部材によって形成されるとともに、前記膜電極接合体上に積層して配置され、電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を構成するガス流路形成部と、前記ガス流路形成部上に積層して配置されたセパレータと、を備え、前記セパレータが積層して配置される前記ガス流路形成部の面が鉛直方向を含む面となるように配置される燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の鉛直方向の下端部よりも下側に配置され、前記ガス流路形成部からの排水を溜める排水ドレインを備え、
前記セパレータは、
前記ガス流路形成部に当接する面内において、前記ガス流路形成部の鉛直方向の下端部に対応する位置に、鉛直方向に垂直な方向に沿って配置され、前記ガス流路形成部に前記反応ガスを供給するための開口を有する複数のガス供給流路部と、
前記面内において、前記ガス流路形成部の鉛直方向の上端部に対応する位置に、鉛直方向に垂直な方向に沿って配置され、前記ガス流路形成部から前記反応ガスを排出するための開口を有する複数のガス排出流路部と、を備えており、
前記複数のガス供給流路部の開口は、前記排水ドレインの配置位置から遠くに位置する開口ほど開口面積が大きく、近くに位置する開口ほど開口面積が小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする。 In order to achieve at least a part of the above object, the fuel cell of the present invention comprises:
The reaction electrode is formed of a membrane electrode assembly in which an electrode is formed on an electrolyte membrane and a conductive porous member, and is stacked on the membrane electrode assembly to be used for an electrochemical reaction. A gas flow path forming portion that constitutes a reaction gas flow path for supplying to the electrode, and a separator that is stacked on the gas flow path forming portion, and the separator is stacked and disposed. A fuel cell arranged such that the surface of the gas flow path forming part is a surface including a vertical direction,
Disposed below the lower end in the vertical direction of the gas flow path forming portion, and provided with a drainage drain for collecting drainage from the gas flow path forming portion,
The separator is
In a plane abutting on the gas flow path forming portion, the gas flow path forming portion is disposed along a direction perpendicular to the vertical direction at a position corresponding to a lower end portion in the vertical direction of the gas flow path forming portion. A plurality of gas supply flow path portions having openings for supplying the reaction gas;
In the plane, disposed at a position corresponding to the vertical upper end of the gas flow path forming portion along a direction perpendicular to the vertical direction, for discharging the reaction gas from the gas flow path forming portion. A plurality of gas discharge flow path portions having openings,
The openings of the plurality of gas supply flow path portions are formed so that the opening area is larger as the opening is located farther from the arrangement position of the drainage drain, and the opening area is smaller as the opening is located closer.
It is characterized by that.

上記構成の燃料電池によれば、複数のガス供給流路部の開口からガス流路形成部に供給された反応ガスを、ガス流路形成部内を通過して複数のガス排出流路部の開口から排出する場合において、ガス流路形成部内を通過する反応ガスに、鉛直方向の流れだけでなく、水平方向に傾いた流れを発生させ、全体として、排水ドレインが配置されている方向へ傾いた流れを発生させることができる。これにより、ガス流路形成部によって構成される反応ガス流路内に滞留する水を、反応ガスの傾いた流れによって排水ドレインの配置されている方向へ導き、排水ドレインへ排出することができるため、ガス流路形成部によって構成される反応ガス流路内に滞留する水の排出を促進することが可能となる。   According to the fuel cell having the above-described configuration, the reaction gas supplied from the openings of the plurality of gas supply flow passage portions to the gas flow passage formation portion passes through the gas flow passage formation portion and the openings of the plurality of gas discharge flow passage portions. When the gas is discharged from the gas flow path, the reaction gas passing through the gas flow path forming portion generates not only a vertical flow but also a horizontal inclined flow, and as a whole, the flow is inclined in the direction in which the drainage drain is disposed. A flow can be generated. As a result, the water staying in the reaction gas flow path constituted by the gas flow path forming portion can be guided to the direction in which the drainage drain is disposed by the inclined flow of the reaction gas and discharged to the drainage drain. It becomes possible to promote the discharge of water staying in the reaction gas flow path constituted by the gas flow path forming part.

また、上記燃料電池において、さらに、
前記複数のガス排出流路部の開口は、前記排水ドレインの配置位置から遠くに位置する開口ほど開口面積が小さく、近くに位置する開口ほど開口面積が大きくなるように形成されているようにしてもよい。 In the fuel cell, further,
The openings of the plurality of gas discharge flow path portions are formed such that the opening area is smaller as the opening is located farther from the arrangement position of the drainage drain, and the opening area is larger as the opening is located closer. Also good.

上記構成によれば、反応ガスの流れの水平方向への傾きをより大きく発生させることができるので、ガス流路形成部によって構成される反応ガス流路内に滞留する水を、排水ドレインの配置されている方向へさらに効果的に導き、排水ドレインへ排出することができる。これにより、ガス流路形成部によって構成される反応ガス流路内に滞留する水の排出をさらに促進することが可能となる。   According to the above configuration, since the inclination of the flow of the reaction gas in the horizontal direction can be further increased, the water staying in the reaction gas flow path constituted by the gas flow path forming portion is disposed in the drain drain. It is possible to guide more effectively in the direction in which it is discharged and to discharge to the drain. Thereby, it becomes possible to further promote the discharge of water staying in the reaction gas flow path constituted by the gas flow path forming portion.

なお、本発明は、種々の態様で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池や、その燃料電池を備える燃料電池システム、その燃料電池システムを備える発電装置、その燃料電池システムを備える電気自動車等の態様で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various modes. For example, the fuel cell of the present invention, a fuel cell system including the fuel cell, a power generation device including the fuel cell system, and an electric vehicle including the fuel cell system. Or the like.

以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
Ａ２．燃料電池モジュールの構成：
Ａ３．排水動作：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例： Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described based on the following procedure.
A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
A2. Fuel cell module configuration:
A3. Drainage operation:
B. Second embodiment:
C. Variation:

Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、第１実施例に係る燃料電池１０の外観構成を示す説明図である。燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、スタック１１と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４とを備えている。スタック１１は、モジュール２０が、設置面に対して垂直に複数個積層されて構成される。また、スタック１１は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。そして、燃料電池１０は、テンションプレート３１がボルト３２によって各エンドプレート３０に結合されることによって、スタック１１（各モジュール２０）を、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。なお、設置面は、鉛直方向に垂直な方向（水平方向）に沿った面（水平面）である。 A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an external configuration of a fuel cell 10 according to the first embodiment. The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency. The fuel cell 10 includes a stack 11, an end plate 30, a tension plate 31, an insulator 33, and a terminal 34. The stack 11 is configured by stacking a plurality of modules 20 perpendicular to the installation surface. The stack 11 is sandwiched between two end plates 30 with the insulator 33 and the terminal 34 interposed therebetween. The fuel cell 10 has a structure in which the stack 11 (each module 20) is fastened with a predetermined force in the stacking direction by connecting the tension plate 31 to each end plate 30 by a bolt 32. The installation surface is a surface (horizontal plane) along a direction (horizontal direction) perpendicular to the vertical direction.

燃料電池１０には、電気化学反応に供される反応ガス（燃料ガスと酸化ガス）と、燃料電池１０を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池１０のアノード（図１には図示せず）には、高圧水素を貯蔵した水素タンク４１０から、配管４５０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク４１０の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。配管４５０には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ４２０および調圧バルブ４３０が配置されている。燃料電池１０のアノードから排出された水素は、配管４６０を介して配管４５０に戻され、再び燃料電池１０に循環される。配管４６０上には、循環のための循環ポンプ４４０が配置されている。なお、配管４５０，４６０は、燃料ガスとしての水素が燃料電池１０のアノードの鉛直方向上端側から供給され、アノードの鉛直方向下端側から排出されるように、配設される。   The fuel cell 10 is supplied with a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) used for an electrochemical reaction and a cooling medium for cooling the fuel cell 10. Briefly, hydrogen as fuel gas is supplied to the anode (not shown in FIG. 1) of the fuel cell 10 from a hydrogen tank 410 storing high-pressure hydrogen via a pipe 450. Instead of the hydrogen tank 410, hydrogen may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, or the like as a raw material. The piping 450 is provided with a shut valve 420 and a pressure regulating valve 430 for adjusting the supply of hydrogen. The hydrogen discharged from the anode of the fuel cell 10 is returned to the pipe 450 via the pipe 460 and is circulated again to the fuel cell 10. A circulation pump 440 for circulation is arranged on the pipe 460. The pipes 450 and 460 are arranged so that hydrogen as fuel gas is supplied from the upper end in the vertical direction of the anode of the fuel cell 10 and discharged from the lower end in the vertical direction of the anode.

燃料電池１０のカソード（図１には図示せず）には、エアポンプ５１０から、配管５２０を介して、酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０のカソードから排出された空気は、配管５３０を介して大気中に放出される。なお、配管５２０，５３０は、酸化ガスとしての空気が燃料電池１０のカソードの鉛直方向下端側から供給され、アノードの鉛直方向上端側から排出されるように、配設される。   Air as an oxidizing gas is supplied from the air pump 510 to the cathode (not shown in FIG. 1) of the fuel cell 10 via the pipe 520. Air exhausted from the cathode of the fuel cell 10 is released into the atmosphere via the pipe 530. The pipes 520 and 530 are arranged so that air as an oxidizing gas is supplied from the lower end in the vertical direction of the cathode of the fuel cell 10 and discharged from the upper end in the vertical direction of the anode.

燃料電池１０には、ラジエータ５５０から、配管５６０を介して、冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。燃料電池１０から排出された冷却媒体は、配管５７０を介して、ラジエータ５５０に送られ、再び燃料電池１０に循環される。配管５７０上には、循環のための循環ポンプ５４０が配置されている。   A cooling medium is supplied to the fuel cell 10 from the radiator 550 via the pipe 560. As the cooling medium, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like can be used. The cooling medium discharged from the fuel cell 10 is sent to the radiator 550 via the pipe 570 and is circulated to the fuel cell 10 again. A circulation pump 540 for circulation is arranged on the pipe 570.

燃料電池１０からは、配管４７０を介して、電気化学反応によって生成され、排水ドレイン（図１には図示せず）に溜められた水（生成水）が排出される。配管４７０には、排水バルブ４８０が配置されている。なお、排水ドレインに溜められた生成水の排出は、例えば、燃料電池の起動時の実行や停止時の実行、定期的な実行、排水ドレインの状態を監視し、所定量を超えた場合における実行等種々の排出が考えられる。   From the fuel cell 10, water (product water) generated by an electrochemical reaction and stored in a drainage drain (not shown in FIG. 1) is discharged through a pipe 470. A drain valve 480 is disposed in the pipe 470. In addition, the generated water stored in the drainage drain is discharged, for example, when the fuel cell is started or stopped, periodically, or when the drainage drain condition is monitored and exceeded. Various discharges can be considered.

Ａ２．燃料電池モジュールの構成：
図２は、燃料電池１０を構成するモジュール２０の概略構成を示す説明図である。モジュール２０は、図２（ａ）に示すように、単セル２６とセパレータ２１とを交互に積層して構成される。なお、以下では、単セル２６とセパレータ２１とを積層する方向（ｘ方向）を積層方向とも呼び、単セル２６のセパレータ２１を積層する面に平行な方向（ｙ方向）を面方向とも呼ぶ。また、図２では、面方向は鉛直方向となっており、面方向下向きが重力方向となっている。 A2. Fuel cell module configuration:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the module 20 constituting the fuel cell 10. As shown in FIG. 2A, the module 20 is configured by alternately stacking single cells 26 and separators 21. Hereinafter, the direction (x direction) in which the single cells 26 and the separators 21 are stacked is also referred to as a stacking direction, and the direction parallel to the surface of the single cells 26 in which the separators 21 are stacked (y direction) is also referred to as a plane direction. Moreover, in FIG. 2, the surface direction is the vertical direction, and the downward direction of the surface direction is the direction of gravity.

単セル２６は、ＭＥＡ（膜電極接合体、Ｍｅｍｂｒａｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）２７と、ＭＥＡ２７の外側に配設されたガス流路形成部２８，２９と、シール部２５と、を備える。ここで、ＭＥＡ２７は、図２（ｂ）に示すように、電解質膜２９１と、電解質膜２９１を間に挟んでその表面に形成された触媒電極であるカソード２９２およびアノード２９３と、上記触媒電極のさらに外側に配設されたガス拡散層２９４，２９５と、を備えている。   The single cell 26 includes an MEA (membrane electrode assembly) 27, gas flow path forming portions 28 and 29 disposed outside the MEA 27, and a seal portion 25. Here, as shown in FIG. 2B, the MEA 27 includes an electrolyte membrane 291, a cathode 292 and an anode 293 which are catalyst electrodes formed on the surface of the electrolyte membrane 291, and the catalyst electrode. Furthermore, gas diffusion layers 294 and 295 are provided on the outside.

電解質膜２９１は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード２９２およびアノード２９３は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。ガス拡散層２９４，２９５は、例えばカーボン製の多孔質部材である。なお、ガス拡散層は、触媒電極に対するガス供給効率を向上させるとともに、ガス流路形成部と触媒電極との間の集電性を高め、電解質膜を保護する働きを有するが、ガス流路形成部の構成材料やガス流路形成部の気孔率によっては、ガス拡散層を設けないこととしてもよい。   The electrolyte membrane 291 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin containing perfluorocarbon sulfonic acid, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The cathode 292 and the anode 293 include a catalyst that promotes an electrochemical reaction, such as platinum or an alloy made of platinum and another metal. The gas diffusion layers 294 and 295 are, for example, carbon porous members. The gas diffusion layer improves the gas supply efficiency to the catalyst electrode, enhances the current collection between the gas flow path forming part and the catalyst electrode, and protects the electrolyte membrane. Depending on the constituent material of the part and the porosity of the gas flow path forming part, the gas diffusion layer may not be provided.

ガス流路形成部２８，２９は、発砲金属や金属メッシュなどの金属製多孔質体によって形成されており、本実施例では、チタン（Ｔｉ）製の多孔質体を用いている。ガス流路形成部２８，２９は、ＭＥＡ２７とセパレータ２１との間に形成される空間全体を占めるように配設されており、内部に形成される多数の細孔から成る空間は、電気化学反応に供されるガス（反応ガス、すなわち、燃料ガスまたは酸化ガス）が通過する単セル内ガス流路として機能する。記述したガス拡散層においても、内部に形成される空間をガスが通過するが、本実施例では、ガス流路形成部２８，２９は、単セル２６に供給されたガスが通過する主たる空間を形成する。この場合、特に、ガス流路形成部２８を酸化ガス流路形成部とも呼び、ガス流路形成部２８内に形成される単セル内ガス流路を酸化ガス流路とも呼ぶ。また、ガス流路形成部２９を燃料ガス流路形成部とも呼び、ガス流路形成部２９内に形成される単セル内ガス流路を燃料ガス流路とも呼ぶ。なお、ガス流路形成部２８，２９は、整流壁のようなガス流路形成部内におけるガスの流れを規定するものを備えないものである。   The gas flow path forming portions 28 and 29 are formed of a metallic porous body such as a foam metal or a metal mesh. In this embodiment, a porous body made of titanium (Ti) is used. The gas flow path forming portions 28 and 29 are disposed so as to occupy the entire space formed between the MEA 27 and the separator 21, and the space formed by a large number of pores formed therein has an electrochemical reaction. It functions as a gas flow path in a single cell through which a gas (reactive gas, that is, fuel gas or oxidizing gas) supplied to the gas passes. Even in the gas diffusion layer described, gas passes through the space formed inside, but in this embodiment, the gas flow path forming portions 28 and 29 pass through the main space through which the gas supplied to the single cell 26 passes. Form. In this case, in particular, the gas flow path forming part 28 is also referred to as an oxidizing gas flow path forming part, and the gas flow path in the single cell formed in the gas flow path forming part 28 is also referred to as an oxidizing gas flow path. In addition, the gas flow path forming portion 29 is also referred to as a fuel gas flow path forming portion, and the gas flow path in the single cell formed in the gas flow path forming portion 29 is also referred to as a fuel gas flow path. Note that the gas flow path forming portions 28 and 29 do not include anything that regulates the flow of gas in the gas flow path forming portion such as a rectifying wall.

シール部２５は、隣り合うセパレータ２１間であって、ＭＥＡ２７およびガス流路形成部２８，２９の外周部に設けられている。このシール部２５は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性ゴム材料によって形成されると共に、ＭＥＡ２７およびと一体で形成されている。   The seal portion 25 is provided between the adjacent separators 21 and on the outer peripheral portions of the MEA 27 and the gas flow path forming portions 28 and 29. The seal portion 25 is made of, for example, an insulating rubber material such as silicon rubber, butyl rubber, or fluorine rubber, and is formed integrally with the MEA 27 and the like.

図３は、ＭＥＡと一体形成されたシール部２５の概略構成を表わす平面図である。図３に示すように、シール部２５は、略四角形状の薄板状部材である。シール部２５は、中央部に設けられた、ＭＥＡ２７が組み込まれている略四角形の穴部２５５と、外側の外周部に設けられた、燃料ガス供給マニホールドを形成するための燃料ガス供給マニホールド形成孔部２５１ａと、燃料ガス排出マニホールドを形成するための燃料ガス排出マニホールド形成孔部２５１ｂと、酸化ガス供給マニホールドを形成するための酸化ガス供給マニホールド形成孔部２５２ａと、酸化ガス排出マニホールドを形成するための酸化ガス排出マニホールド形成孔部２５２ｂと、冷却媒体供給マニホールドを形成するための冷却媒体供給マニホールド形成孔部２５３ａと、冷却媒体排出マニホールドを形成するための冷却媒体排出マニホールド形成孔部２５３ｂと、排水ドレインを形成するための排水ドレイン形成孔部２５４と、を備えている。   FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the seal portion 25 integrally formed with the MEA. As shown in FIG. 3, the seal portion 25 is a substantially rectangular thin plate member. The seal portion 25 includes a substantially square hole 255 in which the MEA 27 is incorporated provided in the central portion, and a fuel gas supply manifold forming hole provided in the outer peripheral portion for forming a fuel gas supply manifold. A portion 251a, a fuel gas discharge manifold forming hole 251b for forming a fuel gas discharge manifold, an oxidizing gas supply manifold forming hole 252a for forming an oxidizing gas supply manifold, and an oxidizing gas discharge manifold. The oxidizing gas discharge manifold forming hole 252b, the cooling medium supply manifold forming hole 253a for forming the cooling medium supply manifold, the cooling medium discharge manifold forming hole 253b for forming the cooling medium discharge manifold, Drainage drain forming hole for forming drain It is provided with a 54, a.

シール部２５は、弾性を有する樹脂材料から成るため、燃料電池１０内で積層方向に平行な方向に押圧力が加えられることにより、反応ガスや冷却媒体の漏れを防止するためのシール構造を構成する。   Since the seal portion 25 is made of an elastic resin material, a seal structure for preventing leakage of the reaction gas and the cooling medium is configured by applying a pressing force in a direction parallel to the stacking direction in the fuel cell 10. To do.

なお、図３では、シール部２５と一体化されたＭＥＡ２７の部分（以下では、「集電領域ＤＡ」と呼ぶ。）を、ハッチを付して示している。また、図３では図示を省略するが、ガス流路形成部２８，２９は上記集電領域ＤＡと略同一形状に形成されており、集電領域ＤＡにおいてシール部２５に嵌め込まれている。   In FIG. 3, a portion of the MEA 27 integrated with the seal portion 25 (hereinafter referred to as “current collection area DA”) is shown with hatching. Although not shown in FIG. 3, the gas flow path forming portions 28 and 29 are formed in substantially the same shape as the current collecting area DA and are fitted into the seal portion 25 in the current collecting area DA.

セパレータ２１（図２）は、３枚のプレートから形成され、いわゆる、三層積層セパレータとなっている。セパレータ２１は、図２（ａ）に示すように、ガス流路形成部２８と接するカソード側プレート２２と、ガス流路形成部２９と接するアノード側プレート２３と、カソード側プレート２２およびアノード側プレート２３に挟持される中間プレート２４と、を備えている。これら３枚のプレートは、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材であり、図２（ａ）に示すように、カソード側プレート２２、中間プレート２４、アノード側プレート２３の順に重ね合わされて、例えば拡散接合により接合されている。これら３種のプレートは、いずれも凹凸のない平坦な表面を有すると共に、各々、所定の位置に所定形状の穴部を有している。   The separator 21 (FIG. 2) is formed of three plates and is a so-called three-layer laminated separator. As shown in FIG. 2A, the separator 21 includes a cathode side plate 22 in contact with the gas flow path forming portion 28, an anode side plate 23 in contact with the gas flow path forming portion 29, a cathode side plate 22 and an anode side plate. And an intermediate plate 24 sandwiched between the two. These three plates are thin plate members formed of a conductive material, for example, stainless steel or a metal such as titanium or a titanium alloy. As shown in FIG. 2A, the cathode side plate 22, the intermediate plate 24, The anode side plates 23 are superposed in this order and joined by, for example, diffusion joining. Each of these three types of plates has a flat surface with no irregularities, and each has a hole with a predetermined shape at a predetermined position.

図４は、カソード側プレート２２の形状を示す説明図である。図５は、アノード側プレート２３の形状を示す説明図である。図６は、中間プレート２４の形状を示す説明図である。   FIG. 4 is an explanatory view showing the shape of the cathode side plate 22. FIG. 5 is an explanatory view showing the shape of the anode side plate 23. FIG. 6 is an explanatory view showing the shape of the intermediate plate 24.

カソード側プレート２２は、シール部２５と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。カソード側プレート２２は、シール部２５（図３）の外周部と同様の位置に、集電領域ＤＡに対応する領域（図中点線で示す領域）の外側の外周部に、燃料ガス供給マニホールド形成孔部２２１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成孔部２２１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成孔部２２２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成孔部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成孔部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成孔部２２３ｂと、排水ドレイン形成孔部２２４と、を備えている。   The cathode side plate 22 is a substantially rectangular metal thin plate having the same size as the seal portion 25. The cathode side plate 22 is formed at the same position as the outer peripheral portion of the seal portion 25 (FIG. 3) at the outer peripheral portion outside the region corresponding to the current collecting region DA (the region indicated by the dotted line in the figure). Hole 221a, fuel gas discharge manifold formation hole 221b, oxidation gas supply manifold formation hole 222a, oxidation gas discharge manifold formation hole 222b, cooling medium supply manifold formation hole 223a, and cooling medium discharge manifold formation A hole 223b and a drainage drain formation hole 224 are provided.

カソード側プレート２２は、さらに、排水孔２２７と、複数個（本実施例では５個）の酸化ガス供給孔２２５と、複数個（本実施例では６個）の酸化ガス排出孔２２６と、を有している。排水孔２２７は略矩形状の孔であり、集電領域ＤＡの図４における下端部の、排水ドレイン形成孔部２２４に対応する位置に配置されている。複数個の酸化ガス供給孔２２５は、それぞれ大きさが異なる５個の孔２２５ａ〜２２５ｅにより構成されており、集電領域ＤＡの下端部に、集電領域ＤＡの右端から、排水孔２２７の近傍までに亘って、開口の大きい酸化ガス供給孔２２５ａから小さい酸化ガス供給孔２２５ｅまでの順に並んで配置されている。複数個の酸化ガス排出孔２２６は、集電領域ＤＡの酸化ガス供給孔２２５とは反対側の端部、つまり、集電集電領域ＤＡの上端部に、集電領域ＤＡの左端から右端までに亘って、並んで配置されている。また、酸化ガス供給孔や酸化ガス排出孔、排水孔等の形状は、円形、楕円、矩形等いずれの形状でもよいが、本実施例では、酸化ガス供給孔および酸化ガス排出孔は楕円形状とし、排水孔は略矩形状とした。   The cathode side plate 22 further includes a drain hole 227, a plurality (five in this embodiment) of oxidizing gas supply holes 225, and a plurality (six in this embodiment) of oxidizing gas discharge holes 226. Have. The drainage hole 227 is a substantially rectangular hole, and is disposed at a position corresponding to the drainage drain formation hole 224 at the lower end of the current collecting area DA in FIG. The plurality of oxidizing gas supply holes 225 are each composed of five holes 225a to 225e having different sizes. From the right end of the current collecting area DA to the vicinity of the drain hole 227 The oxidant gas supply hole 225a having a large opening and the oxidant gas supply hole 225e having a small opening are arranged in order. The plurality of oxidizing gas discharge holes 226 are provided at the end of the current collecting area DA opposite to the oxidizing gas supply hole 225, that is, at the upper end of the current collecting area DA, from the left end to the right end of the current collecting area DA. Are arranged side by side. In addition, the shape of the oxidizing gas supply hole, the oxidizing gas discharge hole, the drainage hole, etc. may be any shape such as a circle, an ellipse, and a rectangle. In this embodiment, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole have an elliptical shape. The drainage hole has a substantially rectangular shape.

アノード側プレート２３は、カソード側プレート２２と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。アノード側プレート２３は、図５に示すように、カソード側プレート２２と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成孔部２３１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成孔部２３１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成孔部２３２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成孔部２３２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成孔部２３３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成孔部２３３ｂと、排水ドレイン形成孔部２３４と、を有している。アノード側プレート２３は、さらに、複数個（本実施例では２個）の燃料ガス供給孔２３７と、複数個（本実施例では２個）の燃料ガス排出孔２３８と、を有している。複数個の燃料ガス供給孔２３７は、集電領域ＤＡの図５における左端部の上部に、並んで配置されている。複数個の燃料ガス排出孔２３８は、集電領域ＤＡの燃料ガス供給孔２３７とは反対側の端部、つまり、集電集電領域ＤＡの右端部の下部に、並んで配置されている。なお、燃料ガス供給孔および燃料ガス排出孔の形状は、円形、楕円、矩形等いずれの形状でもよいが、本実施例では、円形状とした。   The anode side plate 23 is a substantially square metal thin plate having the same size as the cathode side plate 22. As shown in FIG. 5, the anode side plate 23 is disposed at the same position as the cathode side plate 22 at a fuel gas supply manifold forming hole 231a, a fuel gas discharge manifold forming hole 231b, and an oxidizing gas supply manifold forming hole 232a. And an oxidizing gas discharge manifold forming hole 232b, a cooling medium supply manifold forming hole 233a, a cooling medium discharge manifold forming hole 233b, and a drainage drain forming hole 234. The anode side plate 23 further has a plurality (two in this embodiment) of fuel gas supply holes 237 and a plurality (two in this embodiment) of fuel gas discharge holes 238. The plurality of fuel gas supply holes 237 are arranged side by side at the upper portion of the left end portion of the current collecting area DA in FIG. The plurality of fuel gas discharge holes 238 are arranged side by side at the end of the current collection area DA opposite to the fuel gas supply hole 237, that is, at the lower part of the right end of the current collection area DA. The fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole may have any shape such as a circle, an ellipse, and a rectangle. In this embodiment, the shape is a circle.

中間プレート２４は、カソード側プレート２２およびアノード側プレート２３と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード側プレート２２およびアノード側プレート２３と同じものを用いることができる。中間プレート２４は、図６に示すように、カソード側プレート２２およびアノード側プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成孔部２４１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成孔部２４１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成孔部２４２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成孔部２４２ｂと、排水ドレイン形成孔部２４４と、を有している。   The intermediate plate 24 is a substantially rectangular metal thin plate having the same size as the cathode side plate 22 and the anode side plate 23. The same material as the cathode side plate 22 and the anode side plate 23 can be used. As shown in FIG. 6, the intermediate plate 24 is disposed at the same position as the cathode side plate 22 and the anode side plate 23, at a fuel gas supply manifold forming hole 241 a, a fuel gas discharge manifold forming hole 241 b, and an oxidizing gas supply manifold. A formation hole 242a, an oxidizing gas discharge manifold formation hole 242b, and a drainage drain formation hole 244 are provided.

中間プレート２４には、図６に示すように、酸化ガス供給マニホールド形成孔部２４２ａと一端が連通し、セパレータ形成時にカソード側プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と他端が連通する長孔である酸化ガス供給流路形成部２４５が複数個並んで形成されている。酸化ガス供給流路形成部２４５は、酸化ガス供給孔２２５と１対１で対応するように、酸化ガス供給孔２２５と同数形成されている。そして、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれが互いに平行に、集電領域ＤＡの下辺に対して垂直に、酸化ガス供給マニホールド形成孔部２４２ａに対応する範囲に亘って配置されている。なお、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、具体的には、それぞれ大きさが異なる酸化ガス供給流路形成部２４５ａ〜２４５ｅで構成されている。   As shown in FIG. 6, the intermediate plate 24 has a length at which one end communicates with the oxidizing gas supply manifold forming hole 242a and the other end communicates with the oxidizing gas supply hole 225 formed at the cathode side plate 22 when the separator is formed. A plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 245 that are holes are formed side by side. The same number of oxidizing gas supply passages 245 as the oxidizing gas supply holes 225 are formed so as to correspond one-to-one with the oxidizing gas supply holes 225. The plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 245 are arranged in parallel to each other and perpendicular to the lower side of the current collecting area DA over a range corresponding to the oxidizing gas supply manifold forming hole 242a. ing. Note that the plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 245 are specifically configured by oxidizing gas supply flow path forming portions 245a to 245e having different sizes.

また、中間プレート２４は、酸化ガス供給流路形成部２４５と同様な形状を有する長孔として、酸化ガス排出マニホールド形成孔部２４２ｂと一端が連通し、セパレータ形成時にカソード側プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６と他端が連通する酸化ガス排出流路形成部２４６が形成されている。   The intermediate plate 24 is a long hole having the same shape as that of the oxidizing gas supply flow path forming portion 245, and one end thereof communicates with the oxidizing gas discharge manifold forming hole portion 242b, and is formed in the cathode side plate 22 when the separator is formed. An oxidizing gas discharge channel forming portion 246 is formed in which the other end communicates with the oxidizing gas discharge hole 226.

同様に、中間プレート２４には、燃料ガス供給マニホールド形成孔部２４１ａと一端が連通し、アノード側プレート２３の燃料ガス供給孔２３７と他端が連通する燃料ガス供給流路形成部２４７と、燃料ガス排出マニホールド形成孔部２４１ｂと一端が連通し、アノード側プレート２３の燃料ガス排出孔２３８と他端が連通する燃料ガス排出流路形成部２４８とが形成されている。また、中間プレート２４には、排水ドレイン形成孔部２４４と一端が連通し、カソード側プレート２２の排水孔２２７と他端が連通する排水流路形成部２４９が形成されている。   Similarly, a fuel gas supply manifold forming hole 241a is connected to the intermediate plate 24 at one end, and a fuel gas supply passage forming part 247 is connected to the fuel gas supply hole 237 of the anode side plate 23 at the other end. A gas discharge manifold forming hole 241b is connected to one end, and a fuel gas discharge hole 238 of the anode side plate 23 and a fuel gas discharge flow path forming portion 248 are connected to the other end. The intermediate plate 24 is formed with a drainage channel forming portion 249 that communicates with the drainage drain formation hole 244 at one end and communicates with the drainage hole 227 of the cathode side plate 22 at the other end.

さらに、中間プレート２４は、中間プレート２４の図６における右側端部近傍から左側端部近傍に至る長孔である冷却媒体流路形成部２４３を有している。冷却媒体流路形成部２４３は、図６における上下方向（ｙ方向）に複数個（本実施例では５個）並んで形成されている。   Further, the intermediate plate 24 has a cooling medium flow path forming portion 243 that is a long hole extending from the vicinity of the right end portion in FIG. 6 to the vicinity of the left end portion of the intermediate plate 24. A plurality of cooling medium flow path forming portions 243 are formed in the vertical direction (y direction) in FIG. 6 (five in this embodiment).

図７ないし図９は、モジュール２０の断面構造を示す説明図である。図７は、図３ないし図６におけるＡ−Ａ断面の位置に対応する断面図を示しており、図８は、図３ないし図６におけるＢ−Ｂ断面の位置に対応する断面図を示しており、図９は、図３ないし図６におけるＣ−Ｃ断面の位置に対応する断面図を示している。   7 to 9 are explanatory views showing a cross-sectional structure of the module 20. 7 shows a cross-sectional view corresponding to the position of the AA cross section in FIGS. 3 to 6, and FIG. 8 shows a cross-sectional view corresponding to the position of the BB cross section in FIGS. 3 to 6. FIG. 9 shows a cross-sectional view corresponding to the position of the CC cross section in FIGS. 3 to 6.

図７に示すＡ−Ａ断面では、以下で説明するように、燃料電池１０（モジュール２０）の内部にける酸化ガスの供給および排出の様子が表されている。   In the AA cross section shown in FIG. 7, the state of supply and discharge of the oxidizing gas in the fuel cell 10 (module 20) is shown as described below.

図７に示すように、燃料電池１０の内部において、酸化ガス供給マニホールド４０を流れる酸化ガスは、中間プレート２４の酸化ガス供給流路形成部２４５およびカソード側プレート２２の酸化ガス供給孔２２５により形成される酸化ガス供給流路部を介して、ガス流路形成部２８内に形成される酸化ガス流路へと流入し、面方向（ｙ方向）に流れると共に、積層方向（ｘ方向）へとさらに拡散する。積層方向に拡散した酸化ガスは、ガス流路形成部２８からガス拡散層２９４を介してカソード２９２に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつ酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、ガス流路形成部２８から、カソード側プレート２２の酸化ガス排出孔２２６および中間プレート２４の酸化ガス排出流路形成部２４６により形成される酸化ガス排出流路部を介して、酸化ガス排出マニホールド４１へと排出される。   As shown in FIG. 7, in the fuel cell 10, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold 40 is formed by the oxidizing gas supply flow path forming portion 245 of the intermediate plate 24 and the oxidizing gas supply hole 225 of the cathode side plate 22. Flows into the oxidizing gas flow path formed in the gas flow path forming section 28 through the oxidizing gas supply flow path section, flows in the surface direction (y direction), and in the stacking direction (x direction). Further spread. The oxidizing gas diffused in the stacking direction reaches the cathode 292 from the gas flow path forming part 28 via the gas diffusion layer 294 and is subjected to an electrochemical reaction. The oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas flow path while contributing to the electrochemical reaction in this way is formed from the gas flow path forming portion 28 to form the oxidizing gas discharge hole 226 of the cathode side plate 22 and the oxidizing gas discharge flow path of the intermediate plate 24. It is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 41 through the oxidizing gas discharge flow path formed by the portion 246.

なお、酸化ガス供給マニホールド４０は、カソード側プレート２２の酸化ガス供給マニホールド形成孔部２２２ａと、アノード側プレート２３の酸化ガス供給マニホールド形成孔部２３２ａと、中間プレート２４の酸化ガス供給マニホールド形成孔部２４２ａと、シール部２５の酸化ガス供給マニホールド形成孔部２５２ａと、によって形成される。また、酸化ガス排出マニホールド４１は、カソード側プレート２２の酸化ガス排出マニホールド形成孔部２２２ｂと、アノード側プレート２３の酸化ガス排出マニホールド形成孔部２３２ｂと、中間プレート２４の酸化ガス排出マニホールド形成孔部２４２ｂと、シール部２５の酸化ガス排出マニホールド形成孔部２５２ｂと、によって形成される。   The oxidizing gas supply manifold 40 includes an oxidizing gas supply manifold forming hole 222a of the cathode side plate 22, an oxidizing gas supply manifold forming hole 232a of the anode side plate 23, and an oxidizing gas supply manifold forming hole of the intermediate plate 24. 242a and the oxidizing gas supply manifold forming hole 252a of the seal portion 25 are formed. The oxidizing gas discharge manifold 41 includes an oxidizing gas discharge manifold forming hole 222b of the cathode side plate 22, an oxidizing gas discharge manifold forming hole 232b of the anode side plate 23, and an oxidizing gas discharge manifold forming hole of the intermediate plate 24. 242b and the oxidizing gas discharge manifold forming hole 252b of the seal portion 25 are formed.

図８に示すＢ−Ｂ断面では、以下で説明するように、燃料電池１０（モジュール２０）の内部にける燃料ガスの供給および排出の様子が表されている。   In the BB cross section shown in FIG. 8, the state of supply and discharge of the fuel gas in the fuel cell 10 (module 20) is shown as described below.

図８に示すように、燃料電池１０の内部において、燃料ガス供給マニホールド５０を流れる燃料ガスは、中間プレート２４の燃料ガス供給流路形成部２４７およびアノード側プレート２３の燃料ガス供給孔２３７により形成される燃料ガス供給流路部を介して、ガス流路形成部２９内に形成される燃料ガス流路へと流入し、面方向（ｙ方向）に流れると共に、積層方向（ｘ方向）へとさらに拡散する。積層方向に拡散した燃料ガスは、ガス流路形成部２９からガス拡散層２９５を介してアノード２９３に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつ燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、ガス流路形成部２９から、アノード側プレート２３の燃料ガス排出孔２３８および中間プレート２４の燃料ガス排出流路形成部２４８により形成される燃料ガス排出流路部を介して、燃料ガス排出マニホールド５１へと排出される。   As shown in FIG. 8, in the fuel cell 10, the fuel gas flowing through the fuel gas supply manifold 50 is formed by the fuel gas supply flow path forming portion 247 of the intermediate plate 24 and the fuel gas supply hole 237 of the anode side plate 23. Flows into the fuel gas flow path formed in the gas flow path forming portion 29 through the fuel gas supply flow path portion and flows in the surface direction (y direction) and in the stacking direction (x direction). Further spread. The fuel gas diffused in the stacking direction reaches the anode 293 from the gas flow path forming portion 29 via the gas diffusion layer 295 and is subjected to an electrochemical reaction. Thus, the fuel gas that has passed through the fuel gas flow path while contributing to the electrochemical reaction forms the fuel gas discharge hole 238 of the anode side plate 23 and the fuel gas discharge flow path of the intermediate plate 24 from the gas flow path forming portion 29. The fuel gas is discharged to the fuel gas discharge manifold 51 through the fuel gas discharge flow path formed by the portion 248.

なお、燃料ガス供給マニホールド５０は、カソード側プレート２２の燃料ガス供給マニホールド形成孔部２２１ａと、アノード側プレート２３の燃料ガス供給マニホールド形成孔部２３１ａと、中間プレート２４の燃料ガス供給マニホールド形成孔部２４１ａと、シール部２５の燃料ガス供給マニホールド形成孔部２５１ａと、によって形成される。また、燃料ガス排出マニホールド５１は、カソード側プレート２２の燃料ガス排出マニホールド形成孔部２２１ｂと、アノード側プレート２３の燃料ガス排出マニホールド形成孔部２３１ｂと、中間プレート２４の燃料ガス排出マニホールド形成孔部２４１ｂと、シール部２５の燃料ガス排出マニホールド形成孔部２５１ｂと、によって形成される。   The fuel gas supply manifold 50 includes a fuel gas supply manifold forming hole 221a of the cathode side plate 22, a fuel gas supply manifold forming hole 231a of the anode side plate 23, and a fuel gas supply manifold forming hole of the intermediate plate 24. 241a and the fuel gas supply manifold forming hole 251a of the seal portion 25 are formed. The fuel gas discharge manifold 51 includes a fuel gas discharge manifold forming hole 221b of the cathode side plate 22, a fuel gas discharge manifold forming hole 231b of the anode side plate 23, and a fuel gas discharge manifold forming hole of the intermediate plate 24. 241b and the fuel gas discharge manifold forming hole 251b of the seal portion 25 are formed.

図９のＣ−Ｃ断面では、カソード２９２（図２）において、電気化学反応によって生成された水が、ガス流路形成部２８から排出される様子が表されている。   In the CC cross section of FIG. 9, the cathode 292 (FIG. 2) shows that the water generated by the electrochemical reaction is discharged from the gas flow path forming unit 28.

カソード２９２（図２）では、電気化学反応により水が生成される。この生成水は、ガス流路形成部２８の毛管吸引力により酸化ガス流路（ガス流路形成部２８）中に拡散する。このように拡散した生成水のうち、酸化ガスの飽和水蒸気量以下の生成水は、水蒸気として、図７に示したガス流路形成部２８を通過する酸化ガスとともに排出される。また、飽和水蒸気量以上の生成水は、凝縮してガス流路形成部２８内に滞留する。このような生成水は、図９に示すように、ガス流路形成部２８を通過する酸化ガスに押し出されて、ガス流路形成部２８から、カソード側プレート２２の排水孔２２７および中間プレート２４の排水流路形成部２４９により形成される排水流路部を介して、カソード側プレート２２の排水ドレイン形成孔部２２４と、アノード側プレート２３の排水ドレイン形成孔部２３４と、中間プレート２４の排水ドレイン形成孔部２４４と、シール部２５の排水ドレイン形成孔部２５４と、によって形成される排水ドレイン６０へと排出される。この生成水の排水ドレイン６０への排出については、後で詳述する。   At the cathode 292 (FIG. 2), water is generated by an electrochemical reaction. This generated water is diffused into the oxidizing gas flow path (gas flow path forming section 28) by the capillary suction force of the gas flow path forming section 28. Of the generated water diffused in this way, the generated water below the saturated water vapor amount of the oxidizing gas is discharged as the water vapor together with the oxidizing gas passing through the gas flow path forming unit 28 shown in FIG. Further, the produced water having a saturated water vapor amount or more is condensed and stays in the gas flow path forming unit 28. As shown in FIG. 9, such generated water is pushed out by the oxidizing gas that passes through the gas flow path forming portion 28, and from the gas flow path forming portion 28, the drain holes 227 and the intermediate plate 24 of the cathode side plate 22. The drainage drain formation hole 224 of the cathode side plate 22, the drainage drain formation hole 234 of the anode side plate 23, and the drainage of the intermediate plate 24 through the drainage flow path part formed by the drainage flow path formation part 249. The water is discharged to the drainage drain 60 formed by the drain formation hole 244 and the drainage drain formation hole 254 of the seal portion 25. The discharge of the generated water to the drainage drain 60 will be described in detail later.

なお、図示は省略するが、中間プレート２４（図６）の冷却媒体流路形成部２４３の端部は、セパレータの形成時において、カソード側プレート２２（図４）の冷却媒体供給マニホールド形成孔部２２３ａ、アノード側プレート２３（図５）の冷却媒体供給マニホールド形成孔部２３３ａ、および、シール部２５（図３）の冷却媒体供給マニホールド形成孔部２５３ａによって形成される冷却媒体供給マニホールドと、カソード側プレート２２の冷却媒体排出マニホールド形成孔部２２３ｂ、アノード側プレート２３の冷却媒体排出マニホールド形成孔部２３３ｂ、および、シール部２５の冷却媒体排出マニホールド形成孔部２５３ｂによって形成される冷却媒体排出マニホールドと、重なり合い、冷媒が流れるためのセル間冷媒流路をセパレータ２１内で形成する。すなわち、燃料電池の内部において、冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、上記冷却媒体流路形成部２４３によって形成されるセル間冷媒流路に分配され、セル間冷媒流路から排出される冷媒は、冷媒排出マニホールドに排出される。   Although not shown, the end of the cooling medium flow path forming portion 243 of the intermediate plate 24 (FIG. 6) is the cooling medium supply manifold forming hole portion of the cathode side plate 22 (FIG. 4) when the separator is formed. 223a, a coolant supply manifold forming hole 233a of the anode side plate 23 (FIG. 5), and a coolant supply manifold formed by the coolant supply manifold forming hole 253a of the seal portion 25 (FIG. 3), and the cathode side A cooling medium discharge manifold formed by a cooling medium discharge manifold forming hole 223b of the plate 22, a cooling medium discharge manifold forming hole 233b of the anode side plate 23, and a cooling medium discharge manifold forming hole 253b of the seal unit 25; The inter-cell refrigerant flow path for overlapping and flowing refrigerant is separated. Formed by over data within 21. That is, in the fuel cell, the refrigerant flowing through the refrigerant supply manifold is distributed to the inter-cell refrigerant flow path formed by the cooling medium flow path forming portion 243, and the refrigerant discharged from the inter-cell refrigerant flow path is the refrigerant. It is discharged to the discharge manifold.

Ａ３．排水動作：
図１０は、電気化学反応による生成水をガス流路形成部から排出する動作について示す説明図である。図１０（ａ）は、ガス流路形成部２８の酸化ガスの流れを示す模式図であり、図１０（ｂ）は、生成水の移動を示す模式図である。なお、図中に破線示した楕円は、５個の酸化ガス供給孔２２５ａ〜２２５ｆおよび６個の酸化ガス排出孔２２６に対応する領域を示し、破線で示した略矩形は、排水孔２２７、排水流路形成部２４９、および、排水ドレイン６０に対応する領域を示している。また、図１０（ａ）に示す白抜の矢印は、矢印の方向が酸化ガスの流れの方向を示し、矢印の幅がガス流量の大きさを示している。 A3. Drainage operation:
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an operation of discharging water produced by the electrochemical reaction from the gas flow path forming unit. FIG. 10A is a schematic diagram showing the flow of the oxidizing gas in the gas flow path forming section 28, and FIG. 10B is a schematic diagram showing the movement of the produced water. In addition, the ellipse indicated by a broken line in the figure indicates a region corresponding to the five oxidizing gas supply holes 225a to 225f and the six oxidizing gas discharge holes 226, and the substantially rectangular shape indicated by the broken line indicates a drain hole 227, drainage. An area corresponding to the flow path forming part 249 and the drainage drain 60 is shown. In the white arrow shown in FIG. 10A, the direction of the arrow indicates the flow direction of the oxidizing gas, and the width of the arrow indicates the magnitude of the gas flow rate.

ここで、複数の酸化ガス供給孔の開口面積の総和Ｓｓｉおよび複数の酸化ガス排出孔の開口面積の総和Ｓｓｏは、最大ガス流量と、酸化ガス流路を通過する際に利用される酸化ガス量等の損失との関係により決定され、通常、Ｓｓｉ≧Ｓｓｏとなるように設定される。また、複数の酸化ガス排出孔として設けられた６個の酸化ガス排出孔２２６の開口は、それぞれ同じ大きさとなるように設定される。なお、１つの酸化ガス排出孔２２６の開口面積をＳｏとする。さらに、複数の酸化ガス供給孔として設けられた５個の酸化ガス供給孔２２５ａ〜２２５ｅの開口は、５個の酸化ガス供給孔２２５ａ〜２２５ｅそれぞれの開口面積をＳｉａ〜Ｓｉｅとすると、Ｓｉａ＞Ｓｉｂ＞Ｓｉｃ＞Ｓｉｄ＞Ｓｉｅとなるように設定される。すなわち、５個の酸化ガス供給孔２２５ａ〜２２５ｅの開口は、排水ドレイン６０から遠いものほど大きく、近いものほど小さくなるように、２２５ａ、２２５ｂ，２２５ｃ，２２５ｄ，２２５ｅの順に小さくなるように設定される。このとき、複数の酸化ガス供給孔の開口面積の総和Ｓｓｉは（Ｓｉａ＋Ｓｉｂ＋Ｓｉｃ＋Ｓｉｄ＋Ｓｉｅ）で表され、複数の酸化ガス排出孔の開口面積の総和Ｓｓｏは（６・Ｓｏ）で表される。従って、複数の酸化ガス供給孔のうち、いずれか一部は、１つの酸化ガス排出孔よりも排水ドレインから遠いほど開口が大きくなるように設定され、残りは、１つの酸化ガス排出孔よりも排水ドレインに近いほど開口が小さく設定されることになる。例えば、本実施例では、右端から３番目の酸化ガス供給孔２２５ｃを酸化ガス排出孔２２６と同じ開口の大きさとし、それより右側の２つの酸化ガス供給孔２２５ｂ，２２５ａは開口が大きく、それより左側の２つの酸化ガス供給孔２２５ｄ，２２５ｅは開口が小さくなるように設定されている。なお、酸化ガス供給孔と酸化ガス供給マニホールドとを連通する酸化ガス供給流路形成部の空間も、酸化ガス供給孔の開口の大きさの変化と同様に、酸化ガス供給孔の開口の大きさの変化に応じて変化するように設定される。   Here, the total sum Ssi of the opening areas of the plurality of oxidizing gas supply holes and the total sum Sso of the opening areas of the plurality of oxidizing gas discharge holes are the maximum gas flow rate and the amount of oxidizing gas used when passing through the oxidizing gas flow path. Etc., and is usually set so that Ssi ≧ Sso. Further, the openings of the six oxidizing gas discharge holes 226 provided as the plurality of oxidizing gas discharge holes are set to have the same size. The opening area of one oxidizing gas discharge hole 226 is assumed to be So. Furthermore, the openings of the five oxidizing gas supply holes 225a to 225e provided as the plurality of oxidizing gas supply holes are Sia> Sib, assuming that the opening areas of the five oxidizing gas supply holes 225a to 225e are Sia to Sie. > Sic> Sid> Sie. That is, the openings of the five oxidizing gas supply holes 225a to 225e are set so as to decrease in the order of 225a, 225b, 225c, 225d, and 225e so that the distance from the drainage drain 60 is larger and the distance is smaller. The At this time, the sum Ssi of the opening areas of the plurality of oxidizing gas supply holes is represented by (Sia + Sib + Sic + Sid + Sie), and the sum Sso of the opening areas of the plurality of oxidizing gas discharge holes is represented by (6 · So). Therefore, any one of the plurality of oxidant gas supply holes is set such that the opening is larger as the distance from the drainage drain is larger than one oxidant gas discharge hole, and the rest is more than one oxidant gas discharge hole. The closer to the drain, the smaller the opening. For example, in this embodiment, the third oxidizing gas supply hole 225c from the right end has the same opening size as the oxidizing gas discharge hole 226, and the two right oxidizing gas supply holes 225b and 225a have larger openings. The two left oxidant gas supply holes 225d and 225e are set so that the openings are small. It should be noted that the space of the oxidizing gas supply flow path forming portion that communicates the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas supply manifold is similar to the change in the size of the opening of the oxidizing gas supply hole. It is set to change according to the change of.

上記のように複数の酸化ガス供給孔および複数の酸化ガス排出孔を配置した場合には、以下で説明するように、酸化ガスの流れが発生する。   When a plurality of oxidant gas supply holes and a plurality of oxidant gas discharge holes are arranged as described above, a flow of oxidant gas is generated as described below.

図１０（ａ）に示すように、右端の酸化ガス供給孔２２５ａの開口は、対向する右端の酸化ガス排出孔２２６の開口よりも大きいので、この右端の酸化ガス供給孔２２５ａから供給された酸化ガスの全てを、右端の酸化ガス排出孔２２６のみから排出することができない。このため、右端の酸化ガス供給孔２２５ａから供給された酸化ガスの流れには、右端の酸化ガス排出孔２２６の方向への酸化ガスの流れだけでなく、右端から２番目および３番目の酸化ガス排出孔２２６の方向への流れも発生する。そして、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２５ｂから供給された酸化ガスは、１番目の酸化ガス供給孔２２５ａから２番目および３番目の酸化ガス排出孔２２６の方向へ流れる酸化ガスの流れによって、２番目および３番目の酸化ガス排出孔２２６の方向へ流れることはできず、右端から４番目の酸化ガス排出孔２２６の方向へ流れることになる。   As shown in FIG. 10A, since the opening of the rightmost oxidizing gas supply hole 225a is larger than the opening of the opposing rightmost oxidizing gas discharge hole 226, the oxidation supplied from the rightmost oxidizing gas supply hole 225a. All of the gas cannot be discharged only from the oxidizing gas discharge hole 226 at the right end. Therefore, the flow of the oxidizing gas supplied from the rightmost oxidizing gas supply hole 225a includes not only the flow of the oxidizing gas toward the rightmost oxidizing gas discharge hole 226 but also the second and third oxidizing gases from the right end. A flow in the direction of the discharge hole 226 is also generated. Then, the oxidizing gas supplied from the second oxidizing gas supply hole 225b from the right end is caused by the flow of the oxidizing gas flowing from the first oxidizing gas supply hole 225a toward the second and third oxidizing gas discharge holes 226, It cannot flow in the direction of the second and third oxidizing gas discharge holes 226, but flows in the direction of the fourth oxidizing gas discharge hole 226 from the right end.

ここで、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２６ｂに対して上方向の対向する位置に配置されている酸化ガス排出孔は、右端から２番目の酸化ガス排出穴２２６であり、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２６ｂから供給された酸化ガスは、通常は、この右から２番目の酸化ガス排出孔２２６の方向へ流れた排出される。しかしながら、上記したように、この右端から２番目の酸化ガス排出孔２２６には、右端の酸化ガス供給孔２２５ａからの酸化ガスが流れるため、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２６ｂからの酸化ガスが流れて排出されることはできない。また、右端から３番目の酸化ガス排出孔２２６も同様である。   Here, the oxidizing gas discharge hole disposed at the position facing the second oxidizing gas supply hole 226b from the right end in the upward direction is the second oxidizing gas discharge hole 226 from the right end, and is the second from the right end. The oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply hole 226b is normally discharged in the direction of the second oxidizing gas discharge hole 226 from the right. However, as described above, the oxidizing gas from the rightmost oxidizing gas supply hole 225a flows into the second oxidizing gas discharge hole 226 from the right end, and therefore the oxidizing gas from the second oxidizing gas supply hole 226b from the right end. Cannot flow and be discharged. The same applies to the third oxidizing gas discharge hole 226 from the right end.

従って、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２５ｂの開口から供給された酸化ガスは、右端から４番目の酸化ガス排出孔２２６の方向へ流れることになる。さらに、２番目の酸化ガス供給孔２２５ｂの開口も、酸化ガス排出孔２２６の開口よりも大きいので、右端から２番目の酸化ガス供給孔２２５ｂから供給された酸化ガスの全てを、右端から４番目の酸化ガス排出孔２２６のみから排出することができず、右端から４番目の酸化ガス排出孔２２６の方向への酸化ガスの流れだけでなく、右端から５番目の酸化ガス排出孔２２６の方向への流れも発生する。   Therefore, the oxidizing gas supplied from the opening of the second oxidizing gas supply hole 225b from the right end flows in the direction of the fourth oxidizing gas discharge hole 226 from the right end. Furthermore, since the opening of the second oxidizing gas supply hole 225b is also larger than the opening of the oxidizing gas discharge hole 226, all of the oxidizing gas supplied from the second oxidizing gas supply hole 225b from the right end is the fourth from the right end. The oxidant gas cannot be discharged only from the oxidant gas discharge hole 226, and not only the flow of the oxidant gas from the right end toward the fourth oxidant gas discharge hole 226, but also from the right end toward the fifth oxidant gas discharge hole 226. Also occurs.

同様にして、右端から３番目ないし５番目の酸化ガス供給孔２２５ｃ〜２２５ｅから供給された酸化ガスも、図１０（ａ）に示すように、斜め方向への流れが発生する。   Similarly, the oxidizing gas supplied from the third to fifth oxidizing gas supply holes 225c to 225e from the right end also flows in an oblique direction as shown in FIG.

以上説明したように、ガス流路形成部２８中を流れる酸化ガスには、鉛直上方向（ｙ方向）の流れだけでなく、水平方向（ｚ方向）に傾いた流れが発生し、この結果、全体として、左斜め上方向（排水ドレインが配置されている側に傾いた方向）の流れが発生する。そして、このような酸化ガスの流れが発生すると、ガス流路形成部２８に滞留する生成水には、以下で説明するような流れが発生する。   As described above, the oxidizing gas flowing in the gas flow path forming portion 28 generates not only a flow in the vertical upward direction (y direction) but also a flow inclined in the horizontal direction (z direction). As a whole, a flow in the upper left direction (direction inclined to the side where the drainage drain is disposed) is generated. Then, when such a flow of oxidizing gas is generated, a flow as described below is generated in the generated water staying in the gas flow path forming unit 28.

図１０（ｂ）に示すように、ガス流路形成部２８中に滞留する生成水Ａｒ(図中クロスハッチで示す)には、その位置を流れようとする酸化ガスの流れにより発生する力のベクトルＶｇａｓと、重力により発生するベクトルＶｇｒの合成ベクトルＶｃの方向に力が働くことになる。これにより生成水Ａｒは、破線で示す矢印の方向、すなわち、排水ドレイン６０の方向に移動することになる。そして、最終的には、排水孔２２７および排水流路形成部２４９により形成される排水流路部を介して排水ドレイン６０に排出される。   As shown in FIG. 10 (b), the generated water Ar (indicated by a cross hatch in the figure) staying in the gas flow path forming portion 28 has a force generated by the flow of the oxidizing gas that flows through the position. A force acts in the direction of the vector Vgas and the combined vector Vc of the vector Vgr generated by gravity. As a result, the produced water Ar moves in the direction of the arrow indicated by the broken line, that is, in the direction of the drainage drain 60. And finally, it is discharged to the drainage drain 60 via the drainage channel part formed by the drainage hole 227 and the drainage channel forming part 249.

以上のように、本実施例の燃料電池１０では、図１０（ａ）に示すように、ガス流路形成部２８の下端部に対応する位置に配置された複数の酸化ガス供給孔２２５から酸化ガスが供給され、ガス流路形成部２８の上端部に対応する位置に配置された複数の酸化ガス排出孔２２６から酸化ガスが排出される場合に、ガス流路形成部２８を流れる酸化ガスの流れに、鉛直上方向ではなく、ガス流路形成部２８の下端部の外周部の左端側に配置された排水ドレイン６０の方向に向かう水平方向に傾いた流れが発生し、全体として排水ドレイン６０の側に傾いた流れとなるので、この傾いた酸化ガスの流れによって、ガス流路形成部２８に滞留する生成水を排水ドレイン６０の方向に移動させて、排水ドレイン６０に排出することができる。また、排水ドレイン６０に近い酸化ガス供給孔２２５ほど開口を小さくすることで、排水ドレインから遠い酸化ガス流量の方が多くなるため、生成水が排水ドレインから遠い方へ逆流することも抑制可能である。以上のことから、ガス流路形成部２８の酸化ガス流路内に滞留する生成水の排出を促進することができる。この結果、ガス流路形成部２８の酸化ガス流路内に滞留する生成水が自重によりガス流路形成部２８の下端部に移動し、酸化ガス供給孔を閉塞することを抑制することができる。   As described above, in the fuel cell 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the oxidation is performed from the plurality of oxidizing gas supply holes 225 arranged at the position corresponding to the lower end portion of the gas flow path forming portion 28. When the gas is supplied and the oxidizing gas is discharged from the plurality of oxidizing gas discharge holes 226 arranged at the position corresponding to the upper end portion of the gas flow path forming portion 28, the oxidizing gas flowing through the gas flow path forming portion 28 The flow inclines in the horizontal direction toward the drainage drain 60 disposed on the left end side of the outer peripheral portion of the lower end portion of the gas flow path forming portion 28, not in the vertically upward direction, and the drainage drain 60 as a whole. Therefore, the generated water staying in the gas flow path forming portion 28 can be moved in the direction of the drainage drain 60 and discharged to the drainage drain 60 by the tilted flow of the oxidizing gas. . Further, by reducing the opening of the oxidizing gas supply hole 225 closer to the drainage drain 60, the flow rate of the oxidizing gas farther from the drainage drain increases, so that it is possible to prevent the generated water from flowing backward from the drainage drain. is there. From the above, it is possible to promote the discharge of generated water staying in the oxidizing gas flow path of the gas flow path forming unit 28. As a result, it is possible to suppress the generated water staying in the oxidizing gas flow path of the gas flow path forming portion 28 from moving to the lower end portion of the gas flow path forming portion 28 due to its own weight and closing the oxidizing gas supply hole. .

また、ガス流路形成部内に滞留する生成水を酸化ガス排出孔から排出するためには、通常、この滞留する生成水を酸化ガス排出孔まで押し上げるために多量の酸化ガスをガス流慮形成部内に供給することが必要となるが、酸化ガス量を抑制することが可能となる。   In addition, in order to discharge the generated water staying in the gas flow path forming part from the oxidizing gas discharge hole, usually, a large amount of oxidizing gas is pushed into the gas flow forming part in order to push up the staying generated water to the oxidizing gas discharge hole. However, it is possible to suppress the amount of oxidizing gas.

なお、図１０（ａ）に示したガス流れは一例であり、酸化ガス供給孔や酸化ガス排出孔の数や、開口の大きさ等の種々の設定によって変化するものである。   The gas flow shown in FIG. 10A is an example, and changes depending on various settings such as the number of oxidizing gas supply holes and oxidizing gas discharge holes, and the size of the opening.

また、多孔質部材で構成されたガス流路形成部に整流壁等の酸化ガスの流れを規定するものを備えるガス流路形成部もあるが、このようなガス流路形成部の場合には、上記のようなガス流れを発生させることができないので、本発明は、整流壁等の酸化ガスの流れを規定するものを備えないガス流路形成部の場合に有効な構成である。   In addition, there is a gas flow path forming part provided with a gas flow path forming part composed of a porous member that regulates the flow of an oxidizing gas such as a rectifying wall. In the case of such a gas flow path forming part, Since the gas flow as described above cannot be generated, the present invention is effective in the case of a gas flow path forming portion that does not include a flow regulating wall or the like that defines the flow of the oxidizing gas.

Ｂ．第２実施例：
図１１は、図１０（ａ）と同様に、第２実施例におけるガス流路形成部の酸化ガスの流れを示す模式図である。第１実施例では、図１０（ａ）に示すように、ガス流路形成部２８の下端部に対応する位置に配置される複数の酸化ガス供給孔２２５を、排水ドレイン６０よりも遠いものほど大きな開口とし、近いものほど小さな開口となるように設定した場合を説明したが、図１１に示すように、更に、ガス流路形成部２８の上端部に対応する位置に配置される複数の酸化ガス排出孔２２６を、酸化ガス供給孔２２５とは逆に、排水ドレイン６０から遠いものほど小さな開口とし、近いものほど大きな開口となるように設定するようにしてもよい。図１１の例では、排水ドレイン６０から最も遠い右端の酸化ガス排出孔を、最も小さな開口を有する酸化ガス排出孔２２６ｆとし、配すドレイン６０に最も近い左端の酸化ガス排出孔を最も大きな開口を有する酸化ガス排出孔２２６ａとして、排水ドレイン６０に近くなる順に大きな開口を有する６つの酸化ガス排出孔２２６ｆ〜２２６ａが設定されている。なお、図示は、省略するが、これら酸化ガス排出孔の開口の変化に対応して、中間プレートの酸化ガス排出流路形成部の大きさも変化するように設定される。 B. Second embodiment:
FIG. 11 is a schematic diagram showing the flow of the oxidizing gas in the gas flow path forming part in the second embodiment, as in FIG. In the first embodiment, as shown in FIG. 10A, a plurality of oxidizing gas supply holes 225 arranged at positions corresponding to the lower end portion of the gas flow path forming portion 28 are further away from the drainage drain 60. A case has been described where a larger opening is set so that the closer the opening is, the smaller the opening is. However, as shown in FIG. Contrary to the oxidizing gas supply hole 225, the gas discharge hole 226 may be set so as to have a smaller opening farther from the drainage drain 60 and a larger opening closer. In the example of FIG. 11, the rightmost oxidizing gas discharge hole farthest from the drainage drain 60 is the oxidizing gas discharge hole 226f having the smallest opening, and the leftmost oxidizing gas discharge hole closest to the drain 60 to be arranged is the largest opening. As the oxidizing gas discharge holes 226a, six oxidizing gas discharge holes 226f to 226a having large openings in the order close to the drainage drain 60 are set. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, it sets so that the magnitude | size of the oxidizing gas discharge flow path formation part of an intermediate | middle plate may also change corresponding to the change of opening of these oxidizing gas discharge holes.

図１１に示すように、酸化ガス排出孔の開口の変化を酸化ガス供給孔の開口の変化とは逆の関係になるように設定した場合には、図１０と図１１を比較すればわかるように、例えば、図１０における右端の酸化ガス供給孔２２５ａから供給された酸化ガスが排出される３つの酸化ガス排出孔２２６に対応する図１１における３つの酸化ガス排出孔２２６ｆ〜２２６ｄの開口は、図１０における３つの酸化ガス排出孔２２６の開口よりも更に小さくなっている。このため、右端の酸化ガス供給孔２２５ａから供給された酸化ガスの全てが、これら３つの酸化ガス排出孔２２６ｆ〜２２６ｄのみから排出されることができなくなり、さらに、右端から４番目の酸化ガス排出孔２２６ｃおよび５番目の酸化ガス排出孔２２６ｂの方向へも流れることになる。この結果、図１０に示した酸化ガスの流れよりも、さらに、排水ドレイン側に傾いた方向の流れが発生することになる。これにより、ガス流路形成部２８内に滞留する生成水をより鉛直方向に垂直な方向（水平方向）に移動させる力が大きくなるため、排水ドレインの方向に移動させる効果を大きくすることが可能となり、ガス流路形成部２８の酸化ガス流路内に滞留する生成水の排出をより促進することができる。   As shown in FIG. 11, when the change in the opening of the oxidizing gas discharge hole is set to be opposite to the change in the opening of the oxidizing gas supply hole, it can be understood by comparing FIG. 10 and FIG. Further, for example, the openings of the three oxidizing gas discharge holes 226f to 226d in FIG. 11 corresponding to the three oxidizing gas discharge holes 226 from which the oxidizing gas supplied from the rightmost oxidizing gas supply hole 225a in FIG. It is smaller than the openings of the three oxidizing gas discharge holes 226 in FIG. For this reason, all of the oxidizing gas supplied from the rightmost oxidizing gas supply hole 225a cannot be discharged only from these three oxidizing gas discharge holes 226f to 226d, and further the fourth oxidizing gas discharge from the right end. It also flows in the direction of the hole 226c and the fifth oxidizing gas discharge hole 226b. As a result, a flow in a direction inclined further toward the drainage drain side than the flow of the oxidizing gas shown in FIG. 10 is generated. As a result, the force for moving the generated water staying in the gas flow path forming portion 28 in a direction perpendicular to the vertical direction (horizontal direction) is increased, so that the effect of moving in the direction of the drainage drain can be increased. Thus, the discharge of the generated water staying in the oxidizing gas channel of the gas channel forming unit 28 can be further promoted.

Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。 C. Variation:
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例では、ガス流路形成部２８に対して排水ドレイン６０を下端部の左端側に配置した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、排水ドレインの配置位置を実施例とは逆の右端側とするようにしてもよい。また、排水ドレインを中心側に配置して、この排水ドレインの位置から右端および左端の両方向に遠い位置に配置された酸化ガス供給孔ほど開口が大きく、排水ドレインに近い位置に配置された酸化ガス供給孔ほど開口が小さくなるように設定するようにしてもよい。さらに、排水ドレインを中心側に配置し、第２実施例のように、酸化ガス排出孔の開口の大きさも変化させる場合には、排水ドレインの位置から右端および左端の両方向に遠い位置に配置された酸化ガス排出孔ほど開口が小さく、排水ドレインに近い位置に配置された酸化ガス排出孔ほど開口が大きくなるように設定するようにしてもよい。 C1. Modification 1:
In the first embodiment, the case where the drainage drain 60 is disposed on the left end side of the lower end with respect to the gas flow path forming portion 28 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the drainage drain is disposed. May be the right end side opposite to the embodiment. In addition, the oxidant gas is disposed closer to the drainage drain by placing the drainage drain on the center side, and the larger the oxidant gas supply hole located farther from the drainage drain in both the right and left directions. You may make it set so that opening may become so small that a supply hole. Further, when the drainage drain is arranged on the center side and the size of the opening of the oxidizing gas discharge hole is changed as in the second embodiment, the drainage drain is arranged at a position far from the drainage drain in both the right end and the left end. Alternatively, the opening may be set such that the opening is smaller as the oxidizing gas discharge hole is smaller and the opening is larger as the oxidizing gas discharge hole is located closer to the drain.

Ｃ２．変形例２：
上記実施例や変形例では、カソード側のガス流路形成部２８の下端部に配置された複数の酸化ガス供給孔からガス流路形成部２８に対して酸化ガスを供給し、ガス流路形成部２８の上端部に配置された複数の酸化ガス排出孔からガス流路形成部２８の酸化ガス流路を流れた酸化ガスを排出する場合における、複数の酸化ガス供給孔や複数の酸化ガス排出孔の構成を例に説明しているが、アノード側のガス流路形成部の下端部に複数の燃料ガス供給孔が配置されており、上端部に複数の燃料ガス排出孔が配置されている場合においても、適用することができる。 C2. Modification 2:
In the above-described embodiments and modifications, the oxidizing gas is supplied to the gas channel forming unit 28 from the plurality of oxidizing gas supply holes arranged at the lower end of the gas channel forming unit 28 on the cathode side, thereby forming the gas channel. A plurality of oxidizing gas supply holes and a plurality of oxidizing gas discharges when exhausting the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path of the gas flow path forming unit 28 from the plurality of oxidizing gas discharge holes arranged at the upper end of the portion 28 Although the structure of the holes is described as an example, a plurality of fuel gas supply holes are disposed at the lower end of the gas flow path forming portion on the anode side, and a plurality of fuel gas discharge holes are disposed at the upper end. Even in cases, it can be applied.

第１実施例に係る燃料電池１０の外観構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the external appearance structure of the fuel cell 10 which concerns on 1st Example. 燃料電池１０を構成するモジュール２０の概略構成を示す説明図である。2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a module 20 constituting the fuel cell 10. FIG. ＭＥＡと一体形成されたシール部２５の概略構成を表わす平面図である。It is a top view showing schematic structure of the seal | sticker part 25 integrally formed with MEA. カソード側プレート２２の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the cathode side plate. アノード側プレート２３の形状を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the shape of an anode side plate 23. 中間プレート２４の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the intermediate | middle plate 24. FIG. モジュール２０の断面構造を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a module 20. FIG. モジュール２０の断面構造を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a module 20. FIG. モジュール２０の断面構造を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a module 20. FIG. 電気化学反応による生成水をガス流路形成部から排出する動作について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the operation | movement which discharges | emits the water produced | generated by an electrochemical reaction from a gas flow path formation part. 第２実施例におけるガス流路形成部の酸化ガスの流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the oxidizing gas of the gas flow path formation part in 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池
１１…スタック
２０…モジュール
２１…セパレータ
２２…カソード
２３…アノード側プレート
２４…中間プレート
２５…シール部
２６…単セル
２７…ＭＥＡ
２８…ガス流路形成部
２９…ガス流路形成部
３０…エンドプレート
３１…テンションプレート
３２…ボルト
３３…インシュレータ
３４…ターミナル
４０…酸化ガス供給マニホールド
４１…酸化ガス排出マニホールド
５０…燃料ガス供給マニホールド
５１…燃料ガス排出マニホールド
６０…排水ドレイン
２２１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成孔部
２２１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成孔部
２２２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成孔部
２２２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成孔部
２２３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成孔部
２２３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成孔部
２２４…排水ドレイン形成孔部
２２５…酸化ガス供給孔
２２５ａ〜２２５ｅ…酸化ガス供給孔
２２６…酸化ガス排出孔
２２６ａ〜２２６ｆ…酸化ガス排出孔
２２７…排水孔
２３１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成孔部
２３１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成孔部
２３２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成孔部
２３２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成孔部
２３３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成孔部
２３３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成孔部
２３４…排水ドレイン形成孔部
２３７…燃料ガス供給孔
２３８…燃料ガス排出孔
２４１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成孔部
２４１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成孔部
２４２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成孔部
２４２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成孔部
２４３…冷却媒体流路形成部
２４４…排水ドレイン形成孔部
２４５…酸化ガス供給流路形成部
２４５ａ〜２４５ｅ…酸化ガス供給流路形成部
２４６…酸化ガス排出流路形成部
２４７…燃料ガス供給流路形成部
２４８…燃料ガス排出流路形成部
２４９…排水流路形成部
２５１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成孔部
２５１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成孔部
２５２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成孔部
２５２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成孔部
２５３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成孔部
２５３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成孔部
２５４…排水ドレイン形成孔部
２５５…穴部
２９１…電解質膜
２９２…カソード
２９３…アノード
２９４…ガス拡散層
２９５…ガス拡散層
４１０…水素タンク
４２０…シャットバルブ
４３０…調圧バルブ
４４０…循環ポンプ
４５０…配管
４６０…配管
４７０…配管
４８０…排水バルブ
５１０…エアポンプ
５２０…配管
５３０…配管
５４０…循環ポンプ
５５０…ラジエータ
５６０…配管
５７０…配管
ＤＡ…集電領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 11 ... Stack 20 ... Module 21 ... Separator 22 ... Cathode 23 ... Anode side plate 24 ... Intermediate plate 25 ... Seal part 26 ... Single cell 27 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 28 ... Gas flow path formation part 29 ... Gas flow path formation part 30 ... End plate 31 ... Tension plate 32 ... Bolt 33 ... Insulator 34 ... Terminal 40 ... Oxidation gas supply manifold 41 ... Oxidation gas discharge manifold 50 ... Fuel gas supply manifold 51 ... Fuel gas discharge manifold 60 ... Drainage drain 221a ... Fuel gas supply manifold formation hole 221b ... Fuel gas discharge manifold formation hole 222a ... Oxidation gas supply manifold formation hole 222b ... Oxidation gas discharge manifold formation hole 223a ... Cooling medium supply Manifold formation hole 223b ... Cooling medium discharge manifold formation hole 224 ... Drain drain formation hole 225 ... Oxidation gas supply hole 225a-225e ... Oxidation gas supply hole 226 ... Oxidation gas discharge hole 226a-226f ... Oxidation Gas discharge hole 227 ... Drain hole 231a ... Fuel gas supply manifold formation hole 231b ... Fuel gas discharge manifold formation hole 232a ... Oxidation gas supply manifold formation hole 232b ... Oxidation gas discharge manifold formation hole 233a ... Cooling medium supply manifold formation Hole 233b ... Cooling medium discharge manifold forming hole 234 ... Drain drain forming hole 237 ... Fuel gas supply hole 238 ... Fuel gas discharge hole 241a ... Fuel gas supply manifold forming hole 241b ... Fuel gas discharge manifold forming hole 242a ... Oxidizing gas supply manifold forming hole 242b ... Oxidizing gas discharge manifold forming hole 243 ... Cooling medium flow path forming part 244 ... Drain drain forming hole part 245 ... Oxidizing gas supply flow path forming part 245a to 245e ... Oxidizing gas supply flow path forming Part 246 ... oxidation Gas discharge flow path forming section 247 ... Fuel gas supply flow path forming section 248 ... Fuel gas discharge flow path forming section 249 ... Drain flow path forming section 251a ... Fuel gas supply manifold forming hole 251b ... Fuel gas discharge manifold forming hole 252a ... oxidizing gas supply manifold forming hole 252b ... oxidizing gas discharge manifold forming hole 253a ... cooling medium supply manifold forming hole 253b ... cooling medium discharge manifold forming hole 254 ... drainage drain forming hole 255 ... hole 291 ... electrolyte membrane 292 ... Cathode 293 ... Anode 294 ... Gas diffusion layer 295 ... Gas diffusion layer 410 ... Hydrogen tank 420 ... Shut valve 430 ... Pressure regulating valve 440 ... Circulation pump 450 ... Piping 460 ... Piping 470 ... Piping 480 ... Drain valve 510 ... Air pump 520 ... Piping 530 ... Piping 540 ... circulation pump 550 ... radiator 560 ... piping 570 ... piping DA ... current collection area

Claims (2)

電解質膜上に電極が形成された膜電極接合体と、導電性多孔質部材によって形成されるとともに、前記膜電極接合体上に積層して配置され、電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を構成するガス流路形成部と、前記ガス流路形成部上に積層して配置されたセパレータと、を備え、前記セパレータが積層して配置される前記ガス流路形成部の面が鉛直方向を含む面となるように配置される燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の鉛直方向の下端部よりも下側に配置され、前記ガス流路形成部からの排水を溜める排水ドレインを備え、
前記セパレータは、
前記ガス流路形成部に当接する面内において、前記ガス流路形成部の鉛直方向の下端部に対応する位置に、鉛直方向に垂直な方向に沿って配置され、前記ガス流路形成部に前記反応ガスを供給するための開口を有する複数のガス供給流路部と、
前記面内において、前記ガス流路形成部の鉛直方向の上端部に対応する位置に、鉛直方向に垂直な方向に沿って配置され、前記ガス流路形成部から前記反応ガスを排出するための開口を有する複数のガス排出流路部と、を備えており、
前記複数のガス供給流路部の開口は、前記排水ドレインの配置位置から遠くに位置する開口ほど開口面積が大きく、近くに位置する開口ほど開口面積が小さくなるように形成されている、
燃料電池。 The reaction electrode is formed of a membrane electrode assembly in which an electrode is formed on an electrolyte membrane and a conductive porous member, and is stacked on the membrane electrode assembly to be used for an electrochemical reaction. A gas flow path forming portion that constitutes a reaction gas flow path for supplying to the electrode, and a separator that is stacked on the gas flow path forming portion, and the separator is stacked and disposed. A fuel cell arranged such that the surface of the gas flow path forming part is a surface including a vertical direction,
Disposed below the lower end in the vertical direction of the gas flow path forming portion, and provided with a drainage drain for collecting drainage from the gas flow path forming portion,
The separator is
In a plane abutting on the gas flow path forming portion, the gas flow path forming portion is disposed along a direction perpendicular to the vertical direction at a position corresponding to a lower end portion in the vertical direction of the gas flow path forming portion. A plurality of gas supply flow path portions having openings for supplying the reaction gas;
In the plane, disposed at a position corresponding to the vertical upper end of the gas flow path forming portion along a direction perpendicular to the vertical direction, for discharging the reaction gas from the gas flow path forming portion. A plurality of gas discharge flow path portions having openings,
The openings of the plurality of gas supply flow path portions are formed so that the opening area is larger as the opening is located farther from the arrangement position of the drainage drain, and the opening area is smaller as the opening is located closer.
Fuel cell. 請求項１記載の燃料電池であって、さらに、
前記複数のガス排出流路部の開口は、前記排水ドレインの配置位置から遠くに位置する開口ほど開口面積が小さく、近くに位置する開口ほど開口面積が大きくなるように形成されている、
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising:
The openings of the plurality of gas discharge flow path portions are formed such that the opening area is smaller as the opening is located farther from the arrangement position of the drainage drain, and the opening area is larger as the opening is located closer.
Fuel cell.

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