JP4835046B2

JP4835046B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4835046B2
Application number: JP2005177992A
Authority: JP
Inventors: 祥宇佐美; 誠治佐野; ▲隆▼ 梶原; 博道佐藤; 文彦乾; 佳史大田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: JP2006351423A

Description

本発明は、燃料電池に関し、特にスタック構造の構成部品のずれ抑制に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to suppression of deviation of components in a stack structure.

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を行うことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。 In a fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, a reactive gas (a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen) is respectively applied to two electrodes (a fuel electrode and an oxygen electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. By supplying and performing an electrochemical reaction, the chemical energy of the substance is directly converted into electrical energy. As a main structure of such a fuel cell, a so-called stack structure has been developed in which a substantially flat membrane electrode assembly (MEA) and a separator are stacked and fastened in the stacking direction.

ところで、上記スタック構造の燃料電池として、膜電極接合体とセパレータの間に多孔体を配置し、配置された多孔体を反応ガス流路として用いるものが知られている（特許文献１）。この燃料電池では、反応ガス流路としての多孔体の一部に樹脂を含浸させることにより、反応ガスの流動経路を規定すると共に多孔体の変形を抑制している。 By the way, as a fuel cell having the above-described stack structure, there is known a fuel cell in which a porous body is disposed between a membrane electrode assembly and a separator and the disposed porous body is used as a reaction gas channel (Patent Document 1). In this fuel cell, by impregnating a part of a porous body as a reactive gas flow path with a resin, a flow path of the reactive gas is defined and deformation of the porous body is suppressed.

特開２００４−８７３２０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-87320

しかしながら、上記従来技術では、多孔体とセパレータとを単純に積層しているので、多孔体とセパレータとの相対的な位置が、製造時や運転時においてずれるおそれがあった。このようなずれは、反応ガスの正常な流動を妨げたり、燃料電池の変形を招いたりし、燃料電池の性能劣化を引き起こすおそれがある。 However, in the above prior art, since the porous body and the separator are simply laminated, there is a possibility that the relative positions of the porous body and the separator may be shifted during manufacturing or operation. Such a deviation may hinder the normal flow of the reaction gas or cause deformation of the fuel cell, which may cause deterioration of the performance of the fuel cell.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、セパレータと多孔体を有するスタック構造の燃料電池において、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress relative displacement between the separator and the porous body in the fuel cell having a stack structure having the separator and the porous body.

上記課題を解決するために本発明は、燃料電池を提供する。本発明に係る燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜を挟持する２つの電極を有する膜電極接合体と、第１の面と第２の面とを有する多孔体であって、前記第１の面は前記膜電極接合体の一方の電極に対向し、前記第２の面は凹部を有する多孔体と、前記多孔体の前記第２の面に当接する当接面を有するセパレータであって、前記当接面は前記多孔体の前記第２の面が有する前記凹部の少なくとも一部と嵌合する凸部を有するセパレータと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel cell. The fuel cell according to the present invention is a porous body having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and two electrodes sandwiching the electrolyte membrane, and a first surface and a second surface, The surface is opposed to one electrode of the membrane electrode assembly, the second surface is a separator having a porous body having a recess, and a contact surface that contacts the second surface of the porous body, The contact surface includes a separator having a convex portion that fits into at least a part of the concave portion of the second surface of the porous body.

本発明に係る燃料電池によれば、セパレータの凸部と多孔体の凸部とが嵌合するので、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制することができる。 According to the fuel cell of the present invention, since the convex portion of the separator and the convex portion of the porous body are fitted, relative displacement between the separator and the porous body can be suppressed.

本発明に係る燃料電池において、前記多孔体は、前記第１の面に対向する前記一方の電極における電気化学反応に供される反応ガスが流動するための反応ガス流路は、前記多孔体により形成されても良い。こうすれば、セパレータの凸部は、反応ガスの流動経路を規定する役割を兼ねる。従って、セパレータの凸部の配置によって反応ガスの流動経路を制御して、燃料電池の性能向上を図ることができる。 In the fuel cell according to the present invention, the porous body has a reaction gas flow path for flowing a reaction gas to be used for an electrochemical reaction in the one electrode facing the first surface by the porous body. It may be formed. By so doing, the convex portion of the separator also serves to define the flow path of the reaction gas. Therefore, the flow path of the reaction gas can be controlled by the arrangement of the convex portions of the separator, and the performance of the fuel cell can be improved.

本発明に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記当接面を有する第１のプレートを含み、前記セパレータが有する凸部は、前記第１のプレートの一部が前記多孔体と当接する方向に突出した突出部であっても良い。かかる場合には、セパレータの凸部は、第１のプレートの一部であるので、部品点数の増加を抑制できる。 In the fuel cell according to the present invention, the separator includes a first plate having the contact surface, and the convex portion of the separator is in a direction in which a part of the first plate is in contact with the porous body. The protrusion part which protruded may be sufficient. In such a case, since the convex part of the separator is a part of the first plate, an increase in the number of parts can be suppressed.

本発明に係る燃料電池において、前記突出部は、前記第１のプレートを塑性加工することにより形成されても良い。こうすれば、セパレータの突出部を容易に作製することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the protrusion may be formed by plastic working the first plate. If it carries out like this, the protrusion part of a separator can be produced easily.

本発明に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟持される中間プレートと、によって構成されても良い。かかる場合には、３層構造のセパレータを用いる燃料電池においてセパレータと多孔体との相対的な位置ずれを防止することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the separator may be constituted by the first plate, the second plate, and an intermediate plate sandwiched between the first plate and the second plate. good. In such a case, relative displacement between the separator and the porous body can be prevented in a fuel cell using a separator having a three-layer structure.

本発明に係るセパレータにおいて、前記中間プレートは、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に流体を流動させるための流体流路を形成する流路形成部を有し、前記第１のプレートの前記当接面において、前記凸部は前記中間プレートの前記流路形成部と重ならない位置に配置されても良い。こうすれば、セパレータ内部に形成される流体流路を流れる流体の流動に対する凸部による影響を抑制することができる。 In the separator according to the present invention, the intermediate plate penetrates the intermediate plate in the thickness direction and forms a fluid flow path for allowing fluid to flow between the first plate and the second plate. The projecting portion may be arranged at a position that does not overlap the channel forming portion of the intermediate plate on the contact surface of the first plate. If it carries out like this, the influence by the convex part with respect to the flow of the fluid which flows through the fluid flow path formed in a separator inside can be suppressed.

本発明に係る燃料電池において、前記凹部は、前記多孔体を貫通せず底部を有する有底凹部であっても良い。こうすれば、反応ガス流路としての多孔体の第１の面側の面積が減少しないので、凹部によって反応ガスの供給の均一性が低下することを抑制することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the recess may be a bottomed recess having a bottom without penetrating the porous body. By so doing, the area on the first surface side of the porous body as the reaction gas flow path does not decrease, so that it is possible to suppress the reduction in the uniformity of the supply of the reaction gas due to the recesses.

以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a separator according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

Ａ．第１実施例：
・燃料電池の構成
図１〜図２を参照して、本発明の第１実施例に係るセパレータを含む燃料電池の概略構成について説明する。図１は、第１実施例における燃料電池の外観構成を示す説明図である。図２は、燃料電池の積層の単位２００の構成を示す説明図である。 A. First embodiment:
-Structure of fuel cell With reference to FIGS. 1-2, schematic structure of the fuel cell containing the separator which concerns on 1st Example of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view showing the external configuration of the fuel cell in the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the unit 200 of the fuel cell stack.

燃料電池１００は、積層の単位２００が複数個積層された構造（いわゆるスタック構造）を有している。燃料電池１００には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。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。 The fuel cell 100 has a structure in which a plurality of stack units 200 are stacked (so-called stack structure). The fuel cell 100 includes an oxidizing gas supply manifold 110 that is supplied with oxidizing gas, an oxidizing gas discharge manifold 120 that discharges oxidizing gas, a fuel gas supply manifold 130 that is supplied with fuel gas, and a fuel that discharges fuel gas. A gas discharge manifold 140, a cooling medium supply manifold 150 for supplying a cooling medium, and a cooling medium discharge manifold 160 for discharging the cooling medium are provided. Note that air is generally used as the oxidizing gas, and hydrogen is generally used as the fuel gas. Further, both the oxidizing gas and the fuel gas are also called reaction gases. As the cooling medium, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like can be used.

図２に示すように、積層の単位２００は、シール一体型膜電極接合体２０００とセパレータ１０００から構成される。 As shown in FIG. 2, the stacking unit 200 includes a seal-integrated membrane electrode assembly 2000 and a separator 1000.

シール一体型膜電極接合体２０００は、シール部材７００と、膜電極接合体８００と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０を備えている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と耐熱性とを有する材料、例えば、シリコーンゴムやブチルゴムで形成されている。シール部材７００の中心部には、破線で示すように、膜電極接合体８００、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を配置するための孔７５０が設けられている。膜電極接合体８００は、電解質膜８１０と、電解質膜８１０を挟持するアノード８２０およびカソード８３０と、を備えている。 The seal-integrated membrane electrode assembly 2000 includes a seal member 700, a membrane electrode assembly 800, an anode side porous body 840, and a cathode side porous body 850. The seal member 700 is formed of a material having gas impermeability, elasticity, and heat resistance, for example, silicone rubber or butyl rubber. As shown by a broken line, a hole 750 for arranging the membrane electrode assembly 800, the anode side porous body 840, and the cathode side porous body 850 is provided at the center of the seal member 700. The membrane electrode assembly 800 includes an electrolyte membrane 810, and an anode 820 and a cathode 830 that sandwich the electrolyte membrane 810.

電解質膜８１０は、例えばフッ素系樹脂材料で形成され、湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質膜８１０の両側の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を有する層（図示は省略する）が設けられている。 The electrolyte membrane 810 is an ion exchange membrane formed of, for example, a fluorine resin material and having good ionic conductivity in a wet state. On the surfaces on both sides of the electrolyte membrane 810, layers (not shown) having platinum as a catalyst or an alloy made of platinum and other metals are provided.

アノード８２０およびカソード８３０は、共に、ガス透過性を有するガス拡散電極である。アノード８２０およびカソード８３０は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。 Both the anode 820 and the cathode 830 are gas diffusion electrodes having gas permeability. The anode 820 and the cathode 830 are formed of, for example, a carbon cloth woven with carbon fiber yarns, carbon paper, or carbon felt.

アノード側多孔体８４０は、第１の面８４０ａと第２の面８４０ｂを有している。第１の面８４０ａは、図２に示すように、アノード８２０に当接する面、すなわち、膜電極接合体８００のアノード側に対向する面である。第２の面８４０ｂは、燃料電池１００を構成する際に、セパレータ１０００に当接する面である。同様にして、カソード側多孔体８５０は、第１の面８５０ａと第２の面８５０ｂを有している。第１の面８５０ａは、図２に示すように、カソード８３０に当接する面、すなわち、膜電極接合体８００のカソード側に対向する面である。第２の面８５０ｂは、燃料電池１００を構成する際に、セパレータ１０００に当接する面である。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、上述したアノード８２０およびカソード８３０より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード８２０およびカソード８３０より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。 The anode side porous body 840 has a first surface 840a and a second surface 840b. As shown in FIG. 2, the first surface 840 a is a surface that contacts the anode 820, that is, a surface facing the anode side of the membrane electrode assembly 800. The second surface 840 b is a surface that comes into contact with the separator 1000 when configuring the fuel cell 100. Similarly, the cathode-side porous body 850 has a first surface 850a and a second surface 850b. As shown in FIG. 2, the first surface 850 a is a surface that contacts the cathode 830, that is, a surface facing the cathode side of the membrane electrode assembly 800. The second surface 850 b is a surface that contacts the separator 1000 when configuring the fuel cell 100. The anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 are formed of a porous material having gas diffusibility and conductivity such as a metal porous body. The anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850 have a higher porosity than the anode 820 and the cathode 830 described above, and have a lower gas flow resistance than the anode 820 and the cathode 830, as will be described later. It functions as a flow path for the reaction gas to flow.

セパレータ１０００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００を備えている。アノードプレート３００およびカソードプレート４００は、中間プレート５００を挟持するように、中間プレート５００の両側にそれぞれ接合されている。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。アノードプレート３００は、燃料電池１００を構成する際に、アノードプレート３００側に隣接するシール一体型膜電極接合体２０００のアノード側多孔体８４０の第２の面８４０ｂに当接する当接面３００ａを有している。同様に、カソードプレート４００は、燃料電池１００を構成する際に、カソードプレート４００側に隣接するシール一体型膜電極接合体２０００のカソード側多孔体８５０の第２の面８５０ｂに当接する当接面４００ａを有している。 The separator 1000 includes an anode plate 300, a cathode plate 400, and an intermediate plate 500. The anode plate 300 and the cathode plate 400 are joined to both sides of the intermediate plate 500 so as to sandwich the intermediate plate 500. As a method of joining the three plates, for example, thermocompression bonding, brazing, welding, or the like can be used. The anode plate 300 has a contact surface 300a that contacts the second surface 840b of the anode-side porous body 840 of the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 adjacent to the anode plate 300 side when the fuel cell 100 is configured. is doing. Similarly, when the cathode plate 400 constitutes the fuel cell 100, the contact surface that contacts the second surface 850b of the cathode-side porous body 850 of the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 adjacent to the cathode plate 400 side. 400a.

図３〜図５を参照して、セパレータ１０００の構成について、さらに説明する。図３〜図５は、カソードプレート４００（図３）、アノードプレート３００（図４）、中間プレート５００（図５）の形状をそれぞれ示す説明図である。図３、図４（ａ）、図５は、各プレート４００、３００、５００を図２の右側から見た様子を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。図３〜図５において、各プレート３００、４００、５００の中央部に破線で示す領域ＤＡは、燃料電池１００を形成する際に、上述した膜電極接合体８００と対向する領域（以下、発電領域ＤＡという。）である。 The configuration of the separator 1000 will be further described with reference to FIGS. 3-5 is explanatory drawing which shows the shape of the cathode plate 400 (FIG. 3), the anode plate 300 (FIG. 4), and the intermediate | middle plate 500 (FIG. 5), respectively. 3, 4 (a), and 5 show a state in which each of the plates 400, 300, and 500 is viewed from the right side of FIG. 2. FIG. 4B shows an AA cross section in FIG. 3 to 5, a region DA indicated by a broken line at the center of each of the plates 300, 400, 500 is a region facing the above-described membrane electrode assembly 800 (hereinafter, a power generation region) when the fuel cell 100 is formed. DA.)

カソードプレート４００は、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、複数の酸化ガス供給孔４４０と、複数の酸化ガス排出孔４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。複数の酸化ガス供給孔４４０は、発電領域ＤＡの端部（図３における上端部）に、並んで配置されている。複数の酸化ガス排出孔４４４は、発電領域ＤＡの端部（図３における下端部）に、並んで配置されている。 The cathode plate 400 is made of stainless steel. The cathode plate 400 includes six manifold forming portions 422 to 432, a plurality of oxidizing gas supply holes 440, and a plurality of oxidizing gas discharge holes 444. The manifold forming portions 422 to 432 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are respectively provided outside the power generation area DA. The plurality of oxidizing gas supply holes 440 are arranged side by side at the end (the upper end in FIG. 3) of the power generation area DA. The plurality of oxidizing gas discharge holes 444 are arranged side by side at the end (the lower end in FIG. 3) of the power generation area DA.

アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、複数の燃料ガス供給孔３５０と、複数の燃料ガス排出孔３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。複数の燃料ガス供給孔３５０は、発電領域ＤＡの端部の一部（図４（ａ）における右端部の下側）に、並んで配置されている。複数の燃料ガス排出孔３５４は、発電領域ＤＡの左端部の一部（図４（ａ）における左端部の上側）に、並んで配置されている。 Like the cathode plate 400, the anode plate 300 is made of stainless steel. Similar to the cathode plate 400, the anode plate 300 includes six manifold forming portions 322 to 332, a plurality of fuel gas supply holes 350, and a plurality of fuel gas discharge holes 354. The manifold forming portions 322 to 332 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the power generation area DA, similarly to the cathode plate 400. The plurality of fuel gas supply holes 350 are arranged side by side in a part of the end portion of the power generation area DA (below the right end portion in FIG. 4A). The plurality of fuel gas discharge holes 354 are arranged side by side at a part of the left end portion of the power generation area DA (upper side of the left end portion in FIG. 4A).

アノードプレート３００の当接面３００ａは、さらに、４つの凸部３８０ａ〜３８０ｄを有している。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、短手方向の断面が凸型の形状を有し、当接面３００ａ側に突出している（図４（ｂ）参照）。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、長手方向が図４（ａ）における左右方向に延びる凸条部である。凸部３８０ａ〜３８０ｄは、図４に示すように、発電領域ＤＡにおいて、図４における上下方向にほぼ等間隔で配置されている。凸部３８０ａおよび３８０ｃの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図４における左端）に位置し、長手方向の他端は、発電領域ＤＡの他端（図４における右端）から所定長さだけ中央よりに位置している。一方、凸部３８０ｂおよび凸部３８０ｄの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図４における左端）から所定長さだけ中央よりに位置し、長手方向の他端は発電領域ＤＡの他端に位置している。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、アノードプレート３００をプレス加工することによって形成されることができる。 The contact surface 300a of the anode plate 300 further includes four convex portions 380a to 380d. Each of the convex portions 380a to 380d has a convex cross section in the short direction, and protrudes toward the contact surface 300a (see FIG. 4B). Each convex part 380a-380d is a protruding item | line part where a longitudinal direction extends in the left-right direction in Fig.4 (a). As shown in FIG. 4, the convex portions 380 a to 380 d are arranged at substantially equal intervals in the vertical direction in FIG. 4 in the power generation area DA. One end of the convex portions 380a and 380c in the longitudinal direction is located at one end of the power generation area DA (left end in FIG. 4), and the other end in the longitudinal direction is a predetermined length from the other end of the power generation area DA (right end in FIG. 4). Located from the center. On the other hand, one end in the longitudinal direction of the convex portion 380b and the convex portion 380d is located at a predetermined length from the center of one end (left end in FIG. 4) of the power generation area DA, and the other end in the longitudinal direction is at the other end of the power generation area DA positioned. Each of the convex portions 380a to 380d can be formed by pressing the anode plate 300.

中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、供給流路形成部５４２、５４６および排出流路形成部５４４、５４８を備えている。中間プレート５００は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。 The intermediate plate 500 is formed of stainless steel like the above-described plates 300 and 400. The intermediate plate 500 has four manifold forming portions 522 to 528 for supplying / discharging the reaction gas (oxidizing gas or fuel gas) as feed-through portions penetrating in the thickness direction, supply flow path forming portions 542 and 546, and Discharge flow path forming portions 544 and 548 are provided. The intermediate plate 500 further includes a plurality of cooling medium flow path forming portions 550. The manifold forming portions 522 to 528 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the power generation area DA, similarly to the cathode plate 400 and the anode plate 300. ing.

各冷却媒体流路形成部５５０は、発電領域ＤＡを図５における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域ＤＡの外側に至っている。冷却媒体流路形成部５５０は、図５における上下方向に、所定間隔をあけて並設されている。 Each cooling medium flow path forming portion 550 has a long hole shape that crosses the power generation area DA in the left-right direction in FIG. 5, and both ends thereof reach the outside of the power generation area DA. The cooling medium flow path forming portions 550 are arranged in parallel in the vertical direction in FIG.

反応ガスの供給流路形成部５４２、５４６と排出流路形成部５４４、５４８は、それぞれ対応するマニホールド形成部５２２〜５２８と一端が連通し、櫛歯形状を形成している。これらの流路形成部５４２〜５４８の他端は、３つのプレートを接合した際に、それぞれ対応するガス供給／排出孔３５０、３５４、４４０、４４４と連通する。 Reactive gas supply flow path forming portions 542 and 546 and discharge flow path forming portions 544 and 548 are respectively connected to corresponding manifold forming portions 522 to 528 at one end to form a comb shape. The other ends of these flow path forming portions 542 to 548 communicate with the corresponding gas supply / discharge holes 350, 354, 440, and 444 when the three plates are joined.

次に、図６を参照して、シール一体型膜電極接合体２０００の構成について、さらに説明する。図６は、シール一体型膜電極接合体２０００の形状を示す説明図である。図６（ａ）は、図２の左側からみた様子を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示している。 Next, the configuration of the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 will be further described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory view showing the shape of the seal-integrated membrane electrode assembly 2000. FIG. 6A shows a state seen from the left side of FIG. FIG.6 (b) has shown the BB cross section in Fig.6 (a).

シール一体型膜電極接合体２０００を構成するシール部材７００は、セパレータ１０００を構成するアノードプレート３００およびカソードプレート４００と同様に、厚さ方向に貫通する貫通部である６個のマニホールド形成部７２２〜７３２を有している。シール部材７００は、各マニホールド形成部の周囲および発電領域ＤＡの周囲をシールして、各流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却媒体）の漏出、混合を防止する。 As with the anode plate 300 and the cathode plate 400 that constitute the separator 1000, the seal member 700 that constitutes the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 includes six manifold forming portions 722 that are through portions penetrating in the thickness direction. 732. The seal member 700 seals the periphery of each manifold forming portion and the periphery of the power generation area DA to prevent leakage and mixing of each fluid (fuel gas, oxidizing gas, cooling medium).

シール一体型膜電極接合体２０００を構成するアノード側多孔体８４０の第２の面８４０ｂは、図６に示すように、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄを有している。４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄは、燃料電池１００を構成した際に、上述したアノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄと一対一に対応し、それぞれ嵌合するように形成される。すなわち、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄは、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄに対応する位置に形成され、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄの短手方向の断面は、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄの短手方向の断面形状（凸型の形状）に対応する凹型の形状を有している。 As shown in FIG. 6, the second surface 840b of the anode-side porous body 840 constituting the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 has four recesses 845a to 845d. The four recesses 845a to 845d correspond to the projections 380a to 380d of the anode plate 300 described above when the fuel cell 100 is configured, and are formed so as to fit with each other. That is, the four concave portions 845a to 845d are formed at positions corresponding to the convex portions 380a to 380d of the anode plate 300, and the cross sections in the short direction of the four concave portions 845a to 845d are the convex portions 380a to 380d of the anode plate 300. It has a concave shape corresponding to the cross-sectional shape (convex shape) in the short direction.

・燃料電池の動作
図７〜図８を参照して、第１実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図７は、燃料電池の反応ガスの流れを示す第１の説明図である。図を見やすくするため、図７（ａ）においては、セパレータ１０００のみを図示し、図７（ｂ）（ｃ）においては、セパレータ１０００およびシール一体型膜電極接合体２０００が積層された様子を図示している。図７（ａ）はセパレータ１０００を、アノードプレート３００の当接面３００ａ側から見た様子を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示している。図８は、燃料電池の反応ガスの流れを示す第２の説明図である。図８は、図７（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を図７（ａ）の左側から見た図を示している。 -Operation | movement of a fuel cell With reference to FIGS. 7-8, operation | movement of the fuel cell 100 which concerns on 1st Example is demonstrated. FIG. 7 is a first explanatory diagram showing the flow of the reaction gas in the fuel cell. In order to make the figure easy to see, only the separator 1000 is shown in FIG. 7 (a), and the separator 1000 and the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 are shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c). Show. FIG. 7A shows a state in which the separator 1000 is viewed from the contact surface 300 a side of the anode plate 300. 7B shows a cross-sectional view corresponding to the CC cross section in FIG. 7A, and FIG. 7C shows a cross-sectional view corresponding to the DD cross section in FIG. 7A. Yes. FIG. 8 is a second explanatory view showing the flow of the reaction gas in the fuel cell. FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along the line E-E in FIG. 7A as viewed from the left side of FIG.

燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。 The fuel cell 100 generates power by supplying the oxidizing gas to the oxidizing gas supply manifold 110 and supplying the fuel gas to the fuel gas supply manifold 130. In addition, the cooling medium is supplied to the cooling medium supply manifold 150 in order to suppress the temperature rise of the fuel cell 100 due to heat generated by power generation.

酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図８において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路９５０を通って、カソード側多孔体８５０に供給される。酸化ガス供給流路９５０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの供給流路形成部５４２（図５）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス供給孔４４０（図３）によって形成される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図８における上下方向に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路９６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。酸化ガス排出流路９６０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの排出流路形成部５４４（図５）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス排出孔４４４（図３）によって形成される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ）に供される。 The oxidant gas supplied to the oxidant gas supply manifold 110 is supplied from the oxidant gas supply manifold 110 to the cathode-side porous body 850 through the oxidant gas supply channel 950 as indicated by arrows in FIG. The oxidizing gas supply channel 950 is formed by the oxidizing gas supply channel forming part 542 (FIG. 5) formed in the intermediate plate 500 and the oxidizing gas supply hole 440 (FIG. 3) formed in the cathode plate 400. The The oxidizing gas supplied to the cathode side porous body 850 flows in the vertical direction in FIG. 8 through the inside of the cathode side porous body 850 that functions as a flow path for the oxidizing gas. Then, the oxidizing gas is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 120 through the oxidizing gas discharge channel 960. The oxidizing gas discharge channel 960 is formed by the oxidizing gas discharge channel forming part 544 (FIG. 5) formed in the intermediate plate 500 and the oxidizing gas discharge hole 444 (FIG. 3) formed in the cathode plate 400. The Part of the oxidizing gas flowing through the cathode-side porous body 850 diffuses over the entire cathode 830 in contact with the cathode-side porous body 850, and causes a cathode reaction (for example, 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O).

燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図７（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路９３０を通って、アノード側多孔体８４０に供給される。燃料ガス供給流路９３０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの供給流路形成部５４６（図５）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス供給孔３５０（図４）によって形成される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を流動する。 The fuel gas supplied to the fuel gas supply manifold 130 is supplied from the fuel gas supply manifold 130 to the anode-side porous body 840 through the fuel gas supply channel 930 as indicated by arrows in FIG. . The fuel gas supply channel 930 is formed by the fuel gas supply channel formation part 546 (FIG. 5) formed in the intermediate plate 500 and the fuel gas supply hole 350 (FIG. 4) formed in the anode plate 300. The The fuel gas supplied to the anode side porous body 840 flows inside the anode side porous body 840 functioning as a fuel gas flow path.

ここで、アノード側多孔体８４０に形成された凹部８４５ａ〜８４５ｄ（図６）と嵌合している凸部３８０ａ〜３８０ｄ（図４、図８）によって、アノード側多孔体８４０の内部が区画される。この結果、アノード側多孔体８４０の内部において燃料ガスの流動が制御され、アノード側多孔体８４０の内部全体を蛇行する燃料ガスの流動経路が規定される。図７（ａ）における矢印は、蛇行する燃料ガスの流動経路を示している。また、図８における記号Ｒ１およびＲ２は、図７（ａ）に示す矢印に対応する記号であり、記号Ｒ１は図８の手前から奥に向かう燃料ガスの流動経路を示し、記号Ｒ２は図８の奥から手前に向かう燃料ガスの流動経路を示している。 Here, the inside of the anode side porous body 840 is partitioned by the convex portions 380a to 380d (FIGS. 4 and 8) fitted to the concave portions 845a to 845d (FIG. 6) formed in the anode side porous body 840. The As a result, the flow of the fuel gas is controlled inside the anode side porous body 840, and the flow path of the fuel gas meandering the entire inside of the anode side porous body 840 is defined. The arrows in FIG. 7A indicate the meandering fuel gas flow path. Also, symbols R1 and R2 in FIG. 8 are symbols corresponding to the arrows shown in FIG. 7A, symbol R1 indicates the flow path of the fuel gas from the front of FIG. 8, and symbol R2 indicates FIG. The flow path of the fuel gas from the back to the front is shown.

燃料ガス供給流路９３０からアノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、図７（ａ）に示す上述の流動経路を流動して、燃料ガス排出流路９４０に至る。燃料ガスは、図７（ｃ）において矢印で示すように、燃料ガス排出流路９４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。燃料ガス排出流路９４０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの排出流路形成部５４８（図５）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス排出孔３５４（図４）によって形成される。アノード側多孔体８４０を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻）に供される。 The fuel gas supplied from the fuel gas supply channel 930 to the anode-side porous body 840 flows through the above-described flow path shown in FIG. 7A and reaches the fuel gas discharge channel 940. The fuel gas is discharged to the fuel gas discharge manifold 140 through the fuel gas discharge channel 940 as indicated by an arrow in FIG. The fuel gas discharge channel 940 is formed by the fuel gas discharge channel forming part 548 (FIG. 5) formed in the intermediate plate 500 and the fuel gas discharge hole 354 (FIG. 4) formed in the anode plate 300. The A part of the oxidizing gas flowing through the anode-side porous body 840 diffuses over the entire anode 820 in contact with the anode-side porous body 840 and is used for the anode reaction (for example, H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ ). Is done.

なお、図８に示すように、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５ｄの深さ、および、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄの高さはアノード側多孔体８４０の厚さより所定量ｈだけ小さく設定されている（図８）。すなわち、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５は、アノード側多孔体８４０を貫通せず、所定の厚さｈの底部を有する有底凹部である。 As shown in FIG. 8, the depth of the recesses 845a to 845d of the anode side porous body 840 and the height of the projections 380a to 380d of the anode plate 300 are a predetermined amount h from the thickness of the anode side porous body 840. It is set small (FIG. 8). That is, the recesses 845a to 845 of the anode-side porous body 840 are bottomed recesses that do not penetrate the anode-side porous body 840 and have a bottom portion having a predetermined thickness h.

冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体から冷却媒体流路９７０に供給される。冷却媒体流路９７０は、図７（ａ）および図８に示すように、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図５）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。冷却媒体流路９７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路９７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体流路９７０の他端から冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。ここで、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重ならない位置に形成されている。すなわち、図８に示すように、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００の緻密な部分Ｓ（空洞でない部分）と重なるように配置されている。 The cooling medium supplied to the cooling medium supply manifold 150 is supplied from the cooling medium to the cooling medium flow path 970. As shown in FIGS. 7A and 8, the cooling medium flow path 970 is formed by the cooling medium flow path forming portion 550 (FIG. 5) formed in the intermediate plate 500 described above, and one end of the cooling medium flow path 970 is a cooling medium supply manifold. 150, the other end communicates with the cooling medium discharge manifold 160. The cooling medium supplied to the cooling medium flow path 970 flows from one end of the cooling medium flow path 970 to the other end, and is discharged from the other end of the cooling medium flow path 970 to the cooling medium discharge manifold 160. Here, the convex portions 380 a to 380 d of the anode plate 300 are formed at positions that do not overlap the cooling medium flow path forming portion 550 formed in the intermediate plate 500. That is, as shown in FIG. 8, the convex portions 380 a to 380 d of the anode plate 300 are arranged so as to overlap with the dense portion S (non-cavity portion) of the intermediate plate 500.

以上のように構成された燃料電池１００によれば、アノードプレート３００に形成された凸部３８０ａ〜３８０ｄと、アノード側多孔体８４０に形成された凹部８４５ａ〜８４５ｄとが嵌合するので、セパレータ１０００とアノード側多孔体８４０との相対的な位置ずれ、ひいては、セパレータ１０００とアノード側多孔体８４０を含むシール一体型膜電極接合体２０００との相対的な位置ずれを抑制することができる。 According to the fuel cell 100 configured as described above, the convex portions 380a to 380d formed on the anode plate 300 and the concave portions 845a to 845d formed on the anode side porous body 840 are fitted, so that the separator 1000 And the relative displacement between the anode-side porous body 840 and consequently the relative displacement between the separator 1000 and the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 including the anode-side porous body 840 can be suppressed.

さらに、アノードプレート３００に形成された凸部３８０ａ〜３８０ｄによって、アノード側多孔体８４０の内部に、燃料ガスの流動経路が規定され、燃料ガスがアノード側多孔体８４０の全体に亘って流動する。この結果、アノード８２０への燃料ガスの供給の均一性が向上することにより、電池性能を向上させることができる。 Furthermore, the flow path of the fuel gas is defined inside the anode-side porous body 840 by the convex portions 380 a to 380 d formed on the anode plate 300, and the fuel gas flows over the entire anode-side porous body 840. As a result, the uniformity of the supply of the fuel gas to the anode 820 is improved, so that the battery performance can be improved.

さらに、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重ならない位置に形成されているので、冷却媒体流路形成部５５０によってセパレータ１０００の内部に形成される冷却媒体流路９７０を流れる冷却媒体の流動が、凸部３８０ａ〜３８０ｄによって影響をうけることを防止することができる。もし、凸部３８０ａ〜３８０ｄが、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重なっていると、凸部３８０ａ〜３８０ｄの中間プレート５００側にある空間Ｖ（図８参照）と冷却媒体流路９７０とが連通してしまう場合がある。かかる場合、冷却媒体が流動する流路断面積が変動することにより、冷却媒体の圧力損失、流動量、流速、分配の均一性等が変動してしまい、想定している冷却性能が得られなくなるおそれがある。 Furthermore, since the convex portions 380a to 380d are formed at positions that do not overlap the cooling medium flow path forming portion 550 formed in the intermediate plate 500, the convex portions 380a to 380d are formed inside the separator 1000 by the cooling medium flow path forming portion 550. It is possible to prevent the flow of the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 970 from being affected by the convex portions 380a to 380d. If the convex portions 380a to 380d overlap the cooling medium flow path forming portion 550 formed in the intermediate plate 500, the space V (see FIG. 8) on the intermediate plate 500 side of the convex portions 380a to 380d. The cooling medium flow path 970 may be communicated. In such a case, the pressure loss, flow rate, flow rate, distribution uniformity, etc. of the cooling medium fluctuate due to fluctuations in the cross-sectional area of the flow path through which the cooling medium flows, and the assumed cooling performance cannot be obtained. There is a fear.

さらに、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５ｄは、所定の厚さｈの底部を有する有底凹部である。このため、アノード側多孔体８４０を流動する燃料ガスの一部は、厚さｈの底部に流入することができる。これによって、アノード８２０において、凹部８４５ａ〜８４５と対向する部分にも燃料ガスが容易に拡散することができる。この結果、アノード８２０に対する燃料ガスの供給の均一性が向上することにより、電池性能を向上させることができる。 Furthermore, the concave portions 845a to 845d of the anode-side porous body 840 are bottomed concave portions having a bottom portion having a predetermined thickness h. For this reason, a part of the fuel gas flowing through the anode-side porous body 840 can flow into the bottom portion having the thickness h. Thereby, in the anode 820, the fuel gas can be easily diffused into a portion facing the recesses 845a to 845. As a result, the uniformity of the supply of fuel gas to the anode 820 is improved, so that the battery performance can be improved.

さらに、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、アノードプレート３００をプレス加工することにより、アノードプレート３００の一部として形成される。この結果、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、容易に作製されることができる。また、凸部３８０ａ〜３８０ｄを設けるために部品点数が増加することもない。 Furthermore, the convex portions 380 a to 380 d are formed as a part of the anode plate 300 by pressing the anode plate 300. As a result, the convex portions 380a to 380d can be easily manufactured. Further, since the convex portions 380a to 380d are provided, the number of parts does not increase.

Ｂ．第２実施例：
上記第１実施例では、アノード側多孔体８４０に凹部８４５ａ〜８４５ｄを設け、これらの凹部８４５ａ〜８４５ｄと嵌合する凸部３８０ａ〜３８０をアノードプレート３００に設けている。これに代えてあるいは加えて、カソード側多孔体８５０に凹部を設け、凹部と嵌合する凸部をカソードプレート４００側に設けても良い。第２実施例として、図９を参照しながら、このような構成の一例について説明する。図９は、第２実施例におけるセパレータの構成および反応ガスの流れを示す説明図である。図９（ａ）は、第２実施例に係るセパレータ１０００をカソードプレート４００の当接面４００ａ側から見た様子を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＦ−Ｆ断面を図９（ａ）における下側から見た断面図を示している。 B. Second embodiment:
In the first embodiment, the anode-side porous body 840 is provided with the recesses 845a to 845d, and the protrusions 380a to 380 that fit into the recesses 845a to 845d are provided on the anode plate 300. Instead of or in addition to this, a concave portion may be provided in the cathode-side porous body 850, and a convex portion that fits into the concave portion may be provided on the cathode plate 400 side. As a second embodiment, an example of such a configuration will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of the separator and the flow of the reaction gas in the second embodiment. FIG. 9A shows a state in which the separator 1000 according to the second embodiment is viewed from the contact surface 400 a side of the cathode plate 400. FIG. 9B shows a cross-sectional view of the FF cross section in FIG. 9A viewed from the lower side in FIG. 9A.

第２実施例において、第１実施例と異なる点は、セパレータの一部の構成とカソード側多孔体８５０の一部の構成のみである。第２実施例に係る燃料電池の基本的な構成は、第１実施例と同様であるので、第１実施例と同一の構成については、図９において第１実施例と同一の符号（図７参照）を付し、その説明を省略する。 The second embodiment is different from the first embodiment only in a partial configuration of the separator and a partial configuration of the cathode side porous body 850. Since the basic configuration of the fuel cell according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment in FIG. Reference is given, and the description is omitted.

第２実施例におけるセパレータ１０００は、第１実施例と同様に３枚のプレート３００、４００、５００とによって構成される。第２実施例におけるセパレータ１０００は、第１実施例と異なり、酸化ガス供給マニホールドが３つのマニホールド１１０ａ〜１１０ｃに分割されており、酸化ガス排出マニホールドが３つのマニホールド１２０ａ〜１２０ｃに分割されている。３つに分割された各酸化ガス供給マニホールド１１０ａ〜１１０ｃごとに、それぞれのマニホールドと連通する酸化ガス供給流路９５０が、第１実施例と同様の構造にて、形成されている。また、３つに分割された各酸化ガス排出マニホールド１２０ａ〜１２０ｃごとに、それぞれのマニホールドと連通する酸化ガス排出流路９６０が、第１実施例と同様の構造にて、形成されている。 The separator 1000 in the second embodiment is composed of three plates 300, 400, and 500 as in the first embodiment. Unlike the first embodiment, the separator 1000 in the second embodiment has an oxidizing gas supply manifold divided into three manifolds 110a to 110c, and an oxidizing gas discharge manifold divided into three manifolds 120a to 120c. For each of the three oxidant gas supply manifolds 110a to 110c divided into three, an oxidant gas supply channel 950 communicating with the respective manifolds is formed in the same structure as in the first embodiment. In addition, for each of the oxidizing gas discharge manifolds 120a to 120c divided into three, an oxidizing gas discharge channel 960 that communicates with each manifold is formed with the same structure as in the first embodiment.

第２実施例におけるカソードプレート４００は、第１実施例と異なり、カソード側多孔体８５０との当接面４００ａに凸部４８０ａ、４８０ｂが形成されている。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、第１実施例においてアノードプレート３００に形成されている凸部３８０ａ〜３８０ｄと同様に、短手方向の断面が凸型の形状を有し、当接面４００ａ側に突出している（図９（ｂ））。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、長手方向が図９（ａ）における上下方向に延びる凸条部である。各凸部４８０ａおよび４８０ｂの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図９（ａ）における上端）に位置し、長手方向の他端は発電領域ＤＡの他端（図９（ａ）における下端）に位置している。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、図９（ａ）に示すように、３つに分割された酸化ガス供給マニホールド１１０ａ〜１１０ｃおよび酸化ガス排出マニホールド１２０ａ〜１２０ｃに対応して、発電領域ＤＡを３つに分割するように配置される。 Unlike the first embodiment, the cathode plate 400 in the second embodiment has convex portions 480a and 480b on the contact surface 400a with the cathode-side porous body 850. Each of the convex portions 480a and 480b has a convex cross section in the short direction, similar to the convex portions 380a to 380d formed on the anode plate 300 in the first embodiment, and is on the contact surface 400a side. It protrudes (FIG. 9B). Each convex part 480a, 480b is a convex strip part whose longitudinal direction extends in the vertical direction in FIG. One end in the longitudinal direction of each convex portion 480a and 480b is located at one end of the power generation area DA (upper end in FIG. 9A), and the other end in the longitudinal direction is the other end of the power generation area DA (lower end in FIG. 9A). ). As shown in FIG. 9A, each of the convex portions 480a and 480b includes three power generation areas DA corresponding to the oxidizing gas supply manifolds 110a to 110c and the oxidizing gas discharge manifolds 120a to 120c divided into three parts. It is arranged so as to be divided.

さらに、第２実施例におけるカソード側多孔体８５０の第２の面８５０ｂには、図９（ｂ）に示すように、燃料電池を構成した際に、上述したカソードプレート４００の凸部４８０ａ、４８０ｂにそれぞれ嵌合する凹部８５５ａ、８５５ｂが形成されている。 Furthermore, on the second surface 850b of the cathode-side porous body 850 in the second embodiment, as shown in FIG. 9B, when the fuel cell is configured, the above-described convex portions 480a, 480b of the cathode plate 400 are formed. Recesses 855a and 855b are formed to fit respectively.

第２実施例に係る燃料電池では、カソード側多孔体８５０の凹部８５５ａ、８５５ｂと嵌合している凸部４８０ａ、４８０ｂによって、カソード側多孔体８５０の内部は、図９（ａ）の上下方向に流動する３つの流動経路に分けられる。図９（ａ）における３つの矢印および図９（ｂ）における３つの記号Ｒ２は、これらの３つの流動経路を示している。この結果、酸化ガス供給マニホールド１１０ａに供給された酸化ガスは、図９の右側の流動経路を通って、発電領域ＤＡを挟んで向かい合う酸化ガス排出マニホールド１２０ａへ排出される。同様に、酸化ガス供給マニホールド１１０ｂ、１１０ｃに供給された酸化ガスは、それぞれ図９の中央の流動経路、左側の流動経路を通って、それぞれ酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｃへ排出される。 In the fuel cell according to the second embodiment, the inside of the cathode side porous body 850 is formed in the vertical direction of FIG. 9A by the convex portions 480a and 480b fitted to the concave portions 855a and 855b of the cathode side porous body 850. Are divided into three flow paths. Three arrows in FIG. 9A and three symbols R2 in FIG. 9B indicate these three flow paths. As a result, the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas supply manifold 110a is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 120a facing each other across the power generation area DA through the flow path on the right side of FIG. Similarly, the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas supply manifolds 110b and 110c is discharged to the oxidizing gas discharge manifolds 120a and 120c through the central flow path and the left flow path in FIG. 9, respectively.

第２実施例における燃料電池によれば、カソードプレート４００に形成された凸部４８０ａ、４８０ｂと、カソード側多孔体８５０に形成された凹部８５５ａ、８５５ｂとが嵌合するので、セパレータ１０００とカソード側多孔体８５０との相対的な位置ずれ、ひいては、セパレータ１０００とカソード側多孔体８５０を含むシール一体型膜電極接合体２０００との相対的な位置ずれを抑制することができる。 According to the fuel cell in the second embodiment, the convex portions 480a and 480b formed on the cathode plate 400 and the concave portions 855a and 855b formed on the cathode side porous body 850 are fitted, so that the separator 1000 and the cathode side A relative positional shift between the porous body 850 and a relative positional shift between the separator 1000 and the seal-integrated membrane electrode assembly 2000 including the cathode-side porous body 850 can be suppressed.

さらに、カソードプレート４００に形成された凸部４８０ａ、４８０ｂよって、カソード側多孔体８５０の内部が３つの流動経路に分けられる。このため、例えば、外部の酸化ガス供給部から酸化ガスが供給されるのは、図９（ａ）の右側の酸化ガス供給マニホールド１１０ａのみとし、酸化ガス排出マニホールド１２０ａに排出された酸化ガスを中央の酸化ガス供給マニホールド１１０ｂに供給し、中央の酸化ガス排出マニホールド１２０ｂに排出された酸化ガスを左側の酸化ガス供給マニホールド１１０ｃに供給する構成とするとする。かかる場合、酸化ガスの流動経路の長さが第１実施例のような構成（酸化ガス供給／排出マニホールド１１０／１２０がそれぞれ１つずつの構成）と比較して長くなる。この結果、酸化ガスの流動速度が速くなり、酸化ガス中に含まれる水分（例えば、カソード反応によって生成される生成水）の排出性を向上することができる。 Further, the inside of the cathode porous body 850 is divided into three flow paths by the convex portions 480a and 480b formed on the cathode plate 400. For this reason, for example, the oxidizing gas is supplied from the external oxidizing gas supply unit only to the oxidizing gas supply manifold 110a on the right side of FIG. 9A, and the oxidizing gas discharged to the oxidizing gas discharge manifold 120a is centered. The oxidizing gas supply manifold 110b is supplied, and the oxidizing gas discharged to the central oxidizing gas discharge manifold 120b is supplied to the left oxidizing gas supply manifold 110c. In this case, the length of the flow path of the oxidizing gas is longer than that of the first embodiment (one oxidizing gas supply / discharge manifold 110/120). As a result, the flow rate of the oxidizing gas is increased, and the discharge of moisture (for example, generated water generated by the cathode reaction) contained in the oxidizing gas can be improved.

Ｃ．変形例：
上記実施例では、セパレータ１０００を構成する各プレート３００、４００、５００にステンレス鋼を用いているが、他の材料を用いても良い。例えば、カソードプレート４００およびアノードプレート３００には、ガス不透性と導電性とを有する種々の材料、具体的には、チタン、チタン合金が用いられ得る。また、上述の材料に耐食性の向上のための表面処理（例えば、耐食性のメッキ）を施したものを用いても良い。 C. Variation:
In the above embodiment, stainless steel is used for each of the plates 300, 400, and 500 constituting the separator 1000, but other materials may be used. For example, the cathode plate 400 and the anode plate 300 may be made of various materials having gas impermeability and conductivity, specifically, titanium or a titanium alloy. Moreover, you may use what gave the surface treatment (for example, corrosion resistance plating) for the corrosion resistance improvement to the above-mentioned material.

また、上記実施例における凸部３８０ａ〜３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｄおよび凹部８４５ａ〜８４５ｄ、８５５ａ、８５５ｂの配置位置、配置数は、自由に変更することができる。これらの配置位置および配置数を変更することによって、アノード側多孔体８４０やカソード側多孔体８５０の内部に形成される反応ガスの流動経路を自由に設定することができる。 Moreover, the arrangement position and the number of arrangement | positioning of the convex parts 380a-380d, 480a, 480d and the recessed parts 845a-845d, 855a, 855b in the said Example can be changed freely. By changing these arrangement positions and the number of arrangements, the flow path of the reaction gas formed inside the anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 can be freely set.

また、上記実施例において、互いに嵌合する複数組の凸部と凹部のうち、位置ずれを抑制する機能を有するのは一部であっても良い。例えば、ある組の凸部と凹部は、位置ずれを抑制するために比較的小さめの隙間で（理想的には隙間なく）嵌合させ、他の組は比較的大きめの隙間で嵌合させても良い。 Moreover, in the said Example, one part may have a function which suppresses position shift among the several sets of convex parts and recessed parts which mutually fit. For example, one set of protrusions and recesses should be fitted with a relatively small gap (ideally without gaps) to prevent misalignment, and the other set should be fitted with a relatively large gap. Also good.

以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。 As mentioned above, although the Example and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these Example and modification at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is.

第１実施例における燃料電池の外観構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the external appearance structure of the fuel cell in 1st Example. 燃料電池の積層の単位２００の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the unit 200 of the lamination | stacking of a fuel cell. カソードプレート４００の形状を示す説明図。An explanatory view showing the shape of cathode plate 400. FIG. アノードプレート３００の形状を示す説明図。An explanatory view showing the shape of anode plate 300. 中間プレート５００の形状を示す説明図。Explanatory drawing which shows the shape of the intermediate | middle plate 500. FIG. シール一体型膜電極接合体２０００の形状を示す説明図。Explanatory drawing which shows the shape of the seal-integrated membrane electrode assembly 2000. FIG. 燃料電池の反応ガスの流れを示す第１の説明図。The 1st explanatory view showing the flow of the reaction gas of a fuel cell. 燃料電池の反応ガスの流れを示す第２の説明図。The 2nd explanatory view showing the flow of the reaction gas of a fuel cell. 第２実施例におけるセパレータの構成および反応ガスの流れを示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the separator in 2nd Example, and the flow of a reactive gas.

符号の説明Explanation of symbols

１００...燃料電池
１１０、１１０ａ〜１１０ｃ...酸化ガス供給マニホールド
１２０、１２０ａ〜１２０ｃ...酸化ガス排出マニホールド
１３０...燃料ガス供給マニホールド
１４０...燃料ガス排出マニホールド
１５０...冷却媒体供給マニホールド
１６０...冷却媒体排出マニホールド
２００...積層の単位
３００...アノードプレート
３００ａ...当接面
３２２、３２４，３２６，３２８、３３０、３３２...マニホールド形成部
３５０...燃料ガス供給孔
３５４...燃料ガス排出孔
３８０ａ〜３８０ｄ...凸部
４００...カソードプレート
４００ａ...当接面
４２２、４２４，４２６，４２８、４３０、４３２...マニホールド形成部
４４０...酸化ガス供給孔
４４４...酸化ガス排出孔
４８０ａ、４８０ｂ...凸部
５００...中間プレート
５２２、５２４，５２６，５２８...マニホールド形成部
５４２...流路形成部
５４２、５４６...供給流路形成部
５４４、５４８...排出流路形成部
５５０...冷却媒体流路形成部
７００...シール部材
７２２、７２４、７２６、７２８、７３０、７３２...マニホールド形成部
７５０...孔
８００...膜電極接合体
８1０...電解質膜
８２０...アノード
８３０...カソード
８４０...アノード側多孔体
８４０ａ...第１の面
８４０ｂ...第２の面
８４５ａ〜８４５ｄ...凹部
８５０...カソード側多孔体
８５０ａ...第１の面
８５０ｂ...第２の面
８５５ａ、８５５ｂ...凹部
９３０...燃料ガス供給流路
９４０...燃料ガス排出流路
９５０...酸化ガス供給流路
９６０...酸化ガス排出流路
９７０...冷却媒体流路
１０００...セパレータ
２０００...シール一体型膜電極接合体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 110, 110a-110c ... Oxidation gas supply manifold 120, 120a-120c ... Oxidation gas discharge manifold 130 ... Fuel gas supply manifold 140 ... Fuel gas discharge manifold 150 ... Cooling medium supply manifold 160 ... Cooling medium discharge manifold 200 ... Unit of lamination 300 ... Anode plate 300a ... Abutting surface 322, 324, 326, 328, 330, 332 ... Manifold forming part 350 ... fuel gas supply hole 354 ... fuel gas discharge holes 380a to 380d ... convex part 400 ... cathode plate 400a ... contact surface 422, 424, 426, 428, 430, 432 ... Manifold forming portion 440 ... oxidizing gas supply hole 444 ... oxidizing gas discharge hole 480a, 480b ... convex portion 500 ... intermediate plate 522, 524, 5 6,528 ... Manifold forming part 542 ... Channel forming part 542, 546 ... Supply channel forming part 544, 548 ... Discharge channel forming part 550 ... Cooling medium channel forming part 700 ... Sealing member 722, 724, 726, 728, 730, 732 ... Manifold forming part 750 ... Hole 800 ... Membrane electrode assembly 810 ... Electrolyte membrane 820 ... Anode 830 ... Cathode 840 ... Anode-side porous body 840a ... first surface 840b ... second surface 845a-845d ... recessed portion 850 ... cathode-side porous body 850a ... first surface 850b. .. Second surface 855a, 855b ... recess 930 ... fuel gas supply flow path 940 ... fuel gas discharge flow path 950 ... oxidation gas supply flow path 960 ... oxidation gas discharge flow path 970 ... Coolant flow path 1000 ... Separator 2000 ... Seal-integrated membrane electrode assembly

Claims

燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜を挟持する２つの電極を有する膜電極接合体と、
第１の面と第２の面とを有する多孔体であって、前記第１の面は前記膜電極接合体の一方の電極に対向し、前記第２の面は凹部を有する多孔体と、
前記多孔体の前記第２の面に当接する当接面を有するセパレータであって、前記当接面には少なくとも１つの凸部が設けられ、前記凸部の全てが、前記多孔体の前記第２の面が有する前記凹部と嵌合し、前記当接面の端部には、前記多孔体に接続して前記反応ガスを流通させるための流入孔が形成されているセパレータと、
を備える燃料電池。 A fuel cell,
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and two electrodes sandwiching the electrolyte membrane;
A porous body having a first surface and a second surface, wherein the first surface faces one electrode of the membrane electrode assembly, and the second surface has a recess,
A separator having a contact surface that contacts the second surface of the porous body, wherein the contact surface is provided with at least one convex portion, and all of the convex portions are formed on the first surface of the porous body. fitted with the concave portion 2 of the surface has, the the end of the abutment surface, a separator inlet for circulating the reaction gas was connected to the porous body is formed,
A fuel cell comprising:

請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１の面に対向する前記一方の電極における電気化学反応に供される反応ガスが流動するための反応ガス流路は、前記多孔体により形成される燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The reaction gas flow path for the reaction gas used for the electrochemical reaction in the one electrode facing the first surface to flow is formed by the porous body.

請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記当接面を有する第１のプレートを含み、
前記セパレータが有する凸部は、前記第１のプレートの一部が前記多孔体と当接する方向に突出した突出部である燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The separator includes a first plate having the contact surface,
The convex part which the said separator has is a fuel cell which is a protrusion part which protruded in the direction in which a part of said 1st plate contact | abuts with the said porous body.

請求項３に記載の燃料電池において、
前記突出部は、前記第１のプレートを塑性加工することにより形成される燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The protrusion is a fuel cell formed by plastic working the first plate.

請求項３または請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟持される中間プレートと、によって構成される燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 3 and 4,
The separator is a fuel cell including the first plate, the second plate, and an intermediate plate sandwiched between the first plate and the second plate.

請求項５に記載の燃料電池において、
前記中間プレートは、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に流体を流動させるための流体流路を形成する流路形成部を有し、
前記第１のプレートの前記当接面において、前記凸部は前記中間プレートの前記流路形成部と重ならない位置に配置される燃料電池。 The fuel cell according to claim 5, wherein
The intermediate plate has a flow path forming portion that penetrates the intermediate plate in the thickness direction and forms a fluid flow path for allowing a fluid to flow between the first plate and the second plate. And
In the contact surface of the first plate, the fuel cell is disposed at a position where the convex portion does not overlap the flow path forming portion of the intermediate plate.

請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記凹部は、前記多孔体を貫通せず底部を有する有底凹部である燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 2 to 6,
The said recessed part is a fuel cell which is a bottomed recessed part which does not penetrate the said porous body but has a bottom part.