JP5385033B2

JP5385033B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5385033B2
Application number: JP2009162042A
Authority: JP
Inventors: 貴博吉田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: JP2011018539A

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池に関する。 The present invention includes a plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are horizontally stacked, and an electrode facing surface of the separator is provided along the electrodes. The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas is provided, and a reaction gas communication hole that passes through the reaction gas through the stacking direction is provided.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した発電ユニットを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電ユニットを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The power generation unit is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation units.

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。 In the above fuel cell, a fuel gas flow channel for flowing fuel gas is provided in the plane of one separator so as to face the anode side electrode, and the cathode side electrode is opposed in the plane of the other separator. An oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas is provided. Further, between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.

さらに、この種の燃料電池では、発電ユニットの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。 Further, in this type of fuel cell, a fuel gas inlet communication hole and a fuel gas outlet communication hole for flowing fuel gas through the power generation unit in the stacking direction, and an oxidant gas inlet communication hole for flowing oxidant gas In many cases, a so-called internal manifold type fuel cell is provided which includes an oxidant gas outlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole for flowing a cooling medium, and a cooling medium outlet communication hole.

内部マニホールド型燃料電池として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この燃料電池では、図１２に示すように、上下方向に沿って複数のアノード側流路１が形成されており、前記アノード側流路１の上流側には、水分配基板２及びガス分配基板３が配設されている。水分配基板２及びガス分配基板３には、それぞれ複数の細孔２ａ、３ａが形成され、前記細孔２ａ、３ａは、アノード側流路１に連通している。 As an internal manifold type fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell, as shown in FIG. 12, a plurality of anode side flow paths 1 are formed along the vertical direction, and a water distribution board 2 and a gas distribution board are disposed upstream of the anode side flow path 1. 3 is disposed. The water distribution substrate 2 and the gas distribution substrate 3 are each formed with a plurality of pores 2 a and 3 a, and the pores 2 a and 3 a communicate with the anode side flow path 1.

燃料電池の上部側両側部には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａと、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａとが形成されている。燃料電池の下部側両側部には、それぞれ一対の燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂと、水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂとが形成されている。 A pair of water introduction manifold holes 4a and 4a and fuel gas introduction manifold holes 5a and 5a are formed on both sides of the upper side of the fuel cell. A pair of manifold holes 5b and 5b for deriving fuel gas and manifold holes 4b and 4b for deriving water are formed on both sides of the lower side of the fuel cell.

水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａには、水ポンプ６から水が供給される一方、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａには、水素ガスボンベ７から燃料ガスが供給されている。水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂ及び燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂは、分離タンク８に連通しており、この分離タンク８に貯留される水は、冷却器９により冷却された後、水ポンプ６を介してマニホールド孔４ａ、４ａに供給されている。 Water is supplied from a water pump 6 to the water introduction manifold holes 4a and 4a, while fuel gas is supplied from a hydrogen gas cylinder 7 to the fuel gas introduction manifold holes 5a and 5a. The water outlet manifold holes 4b and 4b and the fuel gas outlet manifold holes 5b and 5b communicate with the separation tank 8, and the water stored in the separation tank 8 is cooled by the cooler 9. The water is supplied to the manifold holes 4a and 4a through the water pump 6.

特許第３１２３９９２号公報Japanese Patent No. 3123992

上記の特許文献１では、アノード側流路１を流通して反応に使用された燃料ガスに含まれる水は、マニホールド孔４ｂ、４ｂに導出されて分離タンク８に送られる一方、この使用済みの燃料ガスに含まれる水は、前記分離タンク８に導入されて前記燃料ガスから分離されている。 In the above-mentioned Patent Document 1, water contained in the fuel gas used for the reaction through the anode side flow path 1 is led to the manifold holes 4b and 4b and sent to the separation tank 8, while this used Water contained in the fuel gas is introduced into the separation tank 8 and separated from the fuel gas.

しかしながら、アノード側流路１の下流側（下端部側）には、特に、水が滞留し易く、大量に発生した滞留水を確実に排出することが困難であるという問題がある。 However, the downstream side (lower end portion side) of the anode-side channel 1 has a problem that water is particularly likely to stay and it is difficult to reliably discharge a large amount of the staying water.

しかも、燃料電池には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａ、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａ、水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂ及び燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂが設けられている。このため、燃料電池全体の構成が複雑化し、前記燃料電池が大型化するとともに、コストが高騰するという問題がある。 In addition, each of the fuel cells includes a pair of water introduction manifold holes 4a and 4a, a fuel gas introduction manifold hole 5a and 5a, a water discharge manifold hole 4b and 4b, and a fuel gas discharge manifold hole 5b, 5b is provided. For this reason, there is a problem that the configuration of the entire fuel cell is complicated, the fuel cell is increased in size, and the cost is increased.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of easily and reliably discharging stagnant water from the separator surface with a simple and compact configuration.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池に関するものである。 The present invention includes a plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a fuel gas or The present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas that is an oxidant gas is provided, and a reaction gas communication hole is provided that passes through the reaction gas in the stacking direction.

この燃料電池では、反応ガス流路の下端部位には、出口側の反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備えている。 In this fuel cell, the lower end portion of the reaction gas flow path is provided with an outlet buffer portion communicating with the reaction gas communication hole on the outlet side, and drainage having an outlet protruding into the reaction gas communication hole on the outlet side. A reaction passage portion extending from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side, and retaining the water remaining in the outlet buffer portion from the outlet of the drain passage portion to the outlet side. A drainage passage portion is provided for discharging to the gas communication hole.

また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔のガス流れ方向に対して傾斜する方向に開口する排水口を有することが好ましい。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that the outlet of the drainage passage portion has a drainage port that opens in a direction inclined with respect to the gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side.

さらに、この燃料電池では、電解質・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層されるとともに、排水用通路部の入口は、出口バッファ部の最下位置に開口することが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the electrolyte / electrode structure and the separator are stacked in the horizontal direction, and the inlet of the drainage passage is opened at the lowest position of the outlet buffer.

さらにまた、この燃料電池では、互いに隣接する発電ユニットに設けられる各排水用通路部は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the drain passage portions provided in the power generation units adjacent to each other are arranged in a staggered manner with respect to the stacking direction.

また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔に向かって狭まるように構成されることが好ましい。 In this fuel cell, the outlet of the drainage passage is preferably configured to narrow toward the outlet side reaction gas communication hole.

さらに、この燃料電池では、排水用通路部の入口は、出口バッファ部に向かって広がるように構成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the inlet of the drainage passage portion is configured to expand toward the outlet buffer portion.

さらにまた、この燃料電池では、排水用通路部は、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して配設されるパイプ部材により構成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the drainage passage part is constituted by a pipe member that extends from the outlet buffer part to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side.

また、この燃料電池では、パイプ部材は、少なくとも出口側の反応ガス連通孔の内部に進入する部位が、反応ガスの流れ方向に長尺な楕円形状を有することが好ましい。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that at least a portion of the pipe member that enters the reaction gas communication hole on the outlet side has an elliptical shape that is long in the flow direction of the reaction gas.

さらに、この燃料電池では、セパレータは、金属プレートにより構成されるとともに、排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第１折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第２折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることが好ましい。 Further, in this fuel cell, the separator is constituted by a metal plate, and the drainage passage portion is formed by overlapping the first bent portion of one of the separators adjacent to each other and the second bent portion of the other separator. It is preferable to be configured integrally.

さらにまた、この燃料電池では、出口側の反応ガス連通孔の反応ガス流れ方向上流側の第１折り曲げ部位は、反応ガス流れ方向下流側の第２折り曲げ部位よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, the first bent part on the upstream side in the reaction gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side may be set to a size larger than the second bent part on the downstream side in the reaction gas flow direction. preferable.

本発明によれば、排水用通路部が、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して設けられている。このため、排水用通路部の出口は、反応ガスの流れが速い反応ガス連通孔の内部に開口しており、前記排水用通路部の出口に負圧が発生する。 According to the present invention, the drainage passage portion is provided so as to extend from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side. For this reason, the outlet of the drainage passage is opened inside the reaction gas communication hole where the flow of the reaction gas is fast, and a negative pressure is generated at the outlet of the drainage passage.

従って、出口バッファ部に流動する反応ガスによる押し出し力と、反応ガス連通孔を流通する反応ガス流速により排水用通路部の出口に発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部の滞留水が良好に排出される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になり、排水性の向上が図られる。 Therefore, the retained water in the outlet buffer is good through the pushing force by the reactive gas flowing in the outlet buffer and the negative pressure generated at the outlet of the drainage passage by the flow rate of the reactive gas flowing through the reactive gas communication hole. To be discharged. Accordingly, it is possible to easily and reliably discharge the accumulated water from the separator surface with a simple and compact configuration, and the drainage performance can be improved.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記発電ユニットを構成する第２セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 2nd separator which comprises the said electric power generation unit. 前記燃料電池を構成するパイプ部材の要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing of the pipe member which comprises the said fuel cell. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の拡大斜視説明図である。It is an expansion perspective explanatory view of a pipe member which constitutes a fuel cell concerning a 2nd embodiment of the present invention. 前記パイプ部材の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said pipe member. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing of the pipe member which comprises the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing of the pipe member which comprises the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the fuel cell which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 前記燃料電池を構成するパイプ部材の拡大説明図である。It is expansion explanatory drawing of the pipe member which comprises the said fuel cell. 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the fuel cell which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の説明図である。2 is an explanatory diagram of a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1. FIG.

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２が、例えば、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されてスタックを構成する。なお、発電ユニット１２は、重力方向（鉛直方向）に積層されてもよい。その際、後述するパイプ部材の出口は、下向き（重力方向）に設定される。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention includes a power generation unit 12, and the plurality of power generation units 12 are stacked on each other along, for example, a horizontal direction (arrow A direction). To make up the stack. In addition, the electric power generation unit 12 may be laminated | stacked on the gravitational direction (vertical direction). At that time, the outlet of the pipe member described later is set downward (in the direction of gravity).

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６及び第２セパレータ１８を設ける。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the power generation unit 12 includes a first separator 14, an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 16, and a second separator 18. The first separator 14 and the second separator 18 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a vertically long metal plate having a surface treated for anticorrosion on its metal surface.

第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。 The first separator 14 and the second separator 18 have a rectangular planar shape, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape. In addition, you may comprise the 1st separator 14 and the 2nd separator 18 with a carbon separator, for example.

電解質膜・電極構造体１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。 The electrolyte membrane / electrode structure 16 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, and an anode side electrode 24 and a cathode side electrode 26 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 22. With. The anode side electrode 24 constitutes a so-called stepped MEA having a smaller surface area than the cathode side electrode 26.

アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。 The anode side electrode 24 and the cathode side electrode 26 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３２ａが設けられる。 As shown in FIG. 1, the upper end edge of the power generation unit 12 in the long side direction (arrow C direction) communicates with each other in the direction of arrow A to oxidize for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. An agent gas inlet communication hole (reaction gas communication hole) 30a and a fuel gas inlet communication hole (reaction gas communication hole) 32a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３０ｂが設けられる。 A fuel gas outlet communication hole (reactive gas communication hole) 32b for communicating with each other in the direction of arrow A to discharge fuel gas is formed at the lower edge of the long side direction (arrow C direction) of the power generation unit 12, and oxidation An oxidant gas outlet communication hole (reaction gas communication hole) 30b for discharging the agent gas is provided.

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。 At one edge of the power generation unit 12 in the short side direction (arrow B direction), there is provided a cooling medium inlet communication hole 34a that communicates with each other in the direction of arrow A and supplies a cooling medium. A cooling medium outlet communication hole 34b for discharging the cooling medium is provided at the other end edge in the short side direction.

図１に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が形成される。燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部３６ａを有するとともに、前記燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。 As shown in FIG. 1, a fuel gas flow path (reactive gas) that connects a fuel gas inlet communication hole 32 a and a fuel gas outlet communication hole 32 b to the surface 14 a of the first separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16. Channel) 36 is formed. The fuel gas channel 36 has a plurality of wave-like channel grooves 36a extending in the direction of arrow C, and an inlet buffer unit 38 having a plurality of embosses in the vicinity of the inlet and the outlet of the fuel gas channel 36, respectively. And an outlet buffer 40 is provided.

第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ａが形成される。流路溝部４４ａの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４８ａが設けられる。 On the surface 14b of the first separator 14, a plurality of flow channel grooves 44a that are part of the cooling medium flow channel 44 that communicates the cooling medium inlet communication hole 34a and the cooling medium outlet communication hole 34b are formed. An inlet buffer portion 46a and an outlet buffer portion 48a each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the channel groove 44a.

第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５０ａを有する。酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。 On the surface 18a of the second separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16, as shown in FIG. 3, an oxidant gas flow path that connects the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b. (Reactive gas flow path) 50 is formed. The oxidant gas channel 50 has a plurality of wave-like channel grooves 50a extending in the direction of arrow C. An inlet buffer portion 52 and an outlet buffer portion 54 are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the oxidizing gas channel 50.

第２セパレータ１８の面１８ｂには、図１に示すように、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ｂが形成される。流路溝部４４ｂの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ｂ及び出口バッファ部４８ｂが設けられる。 As shown in FIG. 1, a plurality of flow channel grooves 44 b that are part of the cooling medium flow channel 44 are formed on the surface 18 b of the second separator 18. An inlet buffer portion 46b and an outlet buffer portion 48b each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and outlet of the channel groove 44b.

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が、個別に又は一体に設けられる。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が、個別に又は一体に設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, first seal members 56 are individually or integrally provided on the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14 so as to go around the outer peripheral edge of the first separator 14. . On the surfaces 18a and 18b of the second separator 18, a second seal member 58 is provided individually or integrally around the outer peripheral edge of the second separator 18.

第１セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス流路３６を連通する複数の供給孔部６０ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂ及び前記燃料ガス流路３６を連通する複数の排出孔部６０ｂとを有する。 The first separator 14 includes a plurality of supply holes 60a that communicate with the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas flow path 36, and a plurality of discharge holes that communicate with the fuel gas outlet communication hole 32b and the fuel gas flow path 36. 60b.

図３に示すように、第２セパレータ１８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路５０との連通部分は、複数の入口側連結流路６２ａ及び複数の出口側連結流路６２ｂを形成する複数の受け部６４ａ、６４ｂを設ける。 As shown in FIG. 3, the second separator 18 includes an oxidant gas inlet communication hole 30 a and a communication portion between the oxidant gas outlet communication hole 30 b and the oxidant gas flow path 50. A plurality of receiving portions 64a and 64b that form a plurality of outlet side connection flow paths 62b are provided.

第２セパレータ１８には、出口バッファ部５４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部まで延在し、前記出口バッファ部５４に滞留する水を前記酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出させるパイプ部材（排水用通路部）６６が設けられる。 The second separator 18 includes a pipe member extending from the outlet buffer portion 54 to the inside of the oxidant gas outlet communication hole 30b and discharging water remaining in the outlet buffer portion 54 to the oxidant gas outlet communication hole 30b. A drainage passage part) 66 is provided.

パイプ部材６６は、出口バッファ部５４の最下位置５４ａに開口する入口６６ａを有し、前記入口６６ａは、前記出口バッファ部５４に向かって広がるように構成される。 The pipe member 66 has an inlet 66 a that opens to the lowest position 54 a of the outlet buffer portion 54, and the inlet 66 a is configured to expand toward the outlet buffer portion 54.

パイプ部材６６は、略Ｌ字形状に直線的又は緩やかなＲ形状に屈曲乃至湾曲し、出口６６ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部、すなわち、流速の速い高速部位６８に開口する。この出口６６ｂは、高速部位６８に向かって狭まるように構成される。パイプ部材６６の出口６６ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの酸化剤ガス流れ方向に対して傾斜する方向（略直交する方向）に開口する排出口を有する。 The pipe member 66 is bent or curved in a substantially L shape in a straight line or a gentle R shape, and the outlet 66b opens inside the oxidant gas outlet communication hole 30b, that is, in the high speed portion 68 where the flow velocity is high. The outlet 66b is configured to narrow toward the high speed portion 68. The outlet 66b of the pipe member 66 has a discharge port that opens in a direction (substantially orthogonal) to the direction of the oxidizing gas flow in the oxidizing gas outlet communication hole 30b.

互いに隣接する発電ユニット１２に設けられる各パイプ部材６６は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置される。 The pipe members 66 provided in the power generation units 12 adjacent to each other are arranged in a staggered manner with respect to the stacking direction.

図１に示すように、第１セパレータ１４には、最下位置に配置される排出孔部６０ｂに入口側が連通し、且つ出口側が燃料ガス出口連通孔３２ｂの内部に開口されるパイプ部材（排水用通路部）７０が設けられる。このパイプ部材７０は、上記のパイプ部材６６と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 1, the first separator 14 has a pipe member (drainage) whose inlet side communicates with the discharge hole 60b disposed at the lowest position and whose outlet side opens into the fuel gas outlet communication hole 32b. (Passage section) 70 is provided. The pipe member 70 is configured similarly to the pipe member 66 described above, and a detailed description thereof is omitted.

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間には、冷却媒体流路４４が形成される。 As the power generation units 12 are stacked on each other, a cooling medium flow path 44 is formed between the first separator 14 constituting one power generation unit 12 and the second separator 18 constituting the other power generation unit 12. It is formed.

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 34a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の酸化剤ガス流路５０に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給される。 For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 50 of the second separator 18 from the oxidant gas inlet communication hole 30a. The oxidant gas moves in the direction of arrow C (the direction of gravity) along the oxidant gas flow path 50 and is supplied to the cathode side electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 16.

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから供給孔部６０ａを通って第１セパレータ１４の面１４ａ側に移動する。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給される（図１及び図２参照）。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the fuel gas moves from the fuel gas inlet communication hole 32a to the surface 14a side of the first separator 14 through the supply hole 60a. The fuel gas moves in the gravity direction (arrow C direction) along the fuel gas flow path 36 and is supplied to the anode side electrode 24 of the electrolyte membrane / electrode structure 16 (see FIGS. 1 and 2).

従って、電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 16, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 24 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部６０ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。 Next, the oxidant gas supplied and consumed to the cathode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 16 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. On the other hand, the fuel gas supplied and consumed to the anode side electrode 24 of the electrolyte membrane / electrode structure 16 is led to the surface 14b side of the first separator 14 through the discharge hole 60b. The fuel gas led out to the surface 14b side is discharged to the fuel gas outlet communication hole 32b.

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１及び図２に示すように、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。 Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 34a includes a first separator 14 constituting one power generation unit 12 and a second separator constituting the other power generation unit 12, as shown in FIGS. It is introduced into a cooling medium flow path 44 formed between the separator 18.

このため、冷却媒体入口連通孔３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動して発電ユニット１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。 For this reason, the cooling medium supplied to the cooling medium flow path 44 from the cooling medium inlet communication hole 34a moves in the direction of arrow B to cool the power generation unit 12, and then is discharged to the cooling medium outlet communication hole 34b.

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、第２セパレータ１８に出口バッファ部５４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）まで延在して、パイプ部材６６が設けられている。すなわち、パイプ部材６６の出口６６ｂは、酸化剤ガスの流れが速い高速部位６８に対応して酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に開口している。 In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the second separator 18 extends from the outlet buffer portion 54 to the inside of the oxidant gas outlet communication hole 30 b (high-speed portion 68), and the pipe member 66. Is provided. That is, the outlet 66b of the pipe member 66 is opened inside the oxidant gas outlet communication hole 30b corresponding to the high speed portion 68 where the flow of the oxidant gas is fast.

従って、図４に示すように、酸化剤ガスの流れ（矢印Ｆ方向）によって、パイプ部材６６の出口６６ｂに負圧が発生している。このため、出口バッファ部５４に流動する酸化剤ガスによる押し出し力と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを流通する酸化剤ガス流速により出口６６ｂに発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部５４の滞留水が良好に排出されている。 Therefore, as shown in FIG. 4, a negative pressure is generated at the outlet 66b of the pipe member 66 due to the flow of the oxidant gas (in the direction of arrow F). For this reason, through the pushing force by the oxidant gas flowing to the outlet buffer part 54 and the negative pressure generated at the outlet 66b by the oxidant gas flow velocity flowing through the oxidant gas outlet communication hole 30b, the outlet buffer part 54 The stagnant water is discharged well.

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、第２セパレータ１８の面内（酸化剤ガス流路５０の面内）から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になるという効果が得られる。従って、酸化剤ガスの流通不良を確実に阻止し、しかも、大流量の酸化剤ガスによる掃気が不要になり、発電効率の低下を阻止して良好な発電性能を確実に維持することが可能になる。 Thereby, it is possible to obtain an effect that the accumulated water can be easily and reliably discharged from the surface of the second separator 18 (in the surface of the oxidant gas flow path 50) with a simple and compact configuration. Therefore, it is possible to reliably prevent poor oxidant gas flow and eliminate the need for scavenging with a large flow of oxidant gas to prevent a decrease in power generation efficiency and reliably maintain good power generation performance. Become.

さらに、パイプ部材６６は、出口６６ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに向かって狭められており、例えば、１０°〜４５°の傾斜角度を有している。このため、出口６６ｂからの水の吸い出しが、一層確実に遂行されるという利点がある。一方、パイプ部材６６の入口６６ａは、出口バッファ部５４に向かって広げられており（例えば、１０°〜４５°の傾斜角度）、前記入口６６ａに滞留水が円滑に導入されて排水性の向上が容易に図られる。 Further, the outlet 66b of the pipe member 66 is narrowed toward the oxidant gas outlet communication hole 30b, and has an inclination angle of 10 ° to 45 °, for example. For this reason, there exists an advantage that the suction of the water from the exit 66b is performed more reliably. On the other hand, the inlet 66a of the pipe member 66 is widened toward the outlet buffer portion 54 (for example, an inclination angle of 10 ° to 45 °), and stagnant water is smoothly introduced into the inlet 66a to improve drainage. Is easily achieved.

さらにまた、互いに隣接する発電ユニット１２の各パイプ部材６６は、積層方向に対して互いに千鳥状（オフセット）に配置されている。これにより、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの流速の速い高速部位６８を有効に活用することができ、排水性の向上が容易に図られる。 Furthermore, the pipe members 66 of the power generation units 12 adjacent to each other are arranged in a staggered manner (offset) with respect to the stacking direction. Thereby, the high-speed site | part 68 with a quick flow velocity of the oxidizing agent gas outlet communicating hole 30b can be utilized effectively, and the improvement of drainage property is achieved easily.

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）８０の拡大斜視説明図である。 FIG. 5 is an enlarged perspective explanatory view of a pipe member (drainage passage portion) 80 constituting the fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。ここで、パイプ部材８０は、酸化剤ガス出口及び燃料ガス出口のいずれにも適用可能である。また、以下に説明する第３〜第６の実施形態においても同様である。 The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Here, the pipe member 80 can be applied to both the oxidant gas outlet and the fuel gas outlet. The same applies to the third to sixth embodiments described below.

パイプ部材８０は、入口８０ａが出口バッファ部５４に向かって広がる一方、出口８０ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに向かって狭まるように構成される。出口８０ｂは、酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｆ方向）に沿って長尺な楕円形状を有する（図５及び図６参照）。 The pipe member 80 is configured such that the inlet 80a extends toward the outlet buffer portion 54, while the outlet 80b narrows toward the oxidizing gas outlet communication hole 30b. The outlet 80b has a long oval shape along the flow direction of the oxidant gas (the direction of the arrow F) (see FIGS. 5 and 6).

このように構成される第２の実施形態では、パイプ部材８０の出口８０ｂが、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに突出する部分を楕円形状に構成している。このため、特に、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂにおける酸化剤ガスの流れを乱すことがなく、前記酸化剤ガスの円滑な流れを可能にして流路断面積を確保することができるという利点がある。 In 2nd Embodiment comprised in this way, the exit 80b of the pipe member 80 is comprised in the elliptical shape the part which protrudes in the oxidizing agent gas exit communicating hole 30b. For this reason, in particular, there is an advantage that the flow of the oxidant gas in the oxidant gas outlet communication hole 30b is not disturbed, and the flow of the oxidant gas can be made smooth to ensure the cross-sectional area of the flow path. .

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）９０の要部拡大説明図である。 FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a main part of a pipe member (drainage passage part) 90 constituting a fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

パイプ部材９０は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）に突出する出口９０ｂが楕円形状を有するとともに、ガス流れ方向（矢印Ｆ方向）に対して角度θ°（例えば、３゜〜４５゜）だけ傾斜する傾斜端面９２を設ける。傾斜端面９２は、酸化剤ガス流れ方向に沿って該流れ方向から離間する方向に傾斜している。 The pipe member 90 has an elliptical outlet 90b that protrudes into the oxidant gas outlet communication hole 30b (high-speed portion 68), and has an angle θ ° (for example, 3 °) with respect to the gas flow direction (arrow F direction). An inclined end surface 92 is provided which is inclined by ˜45 °. The inclined end surface 92 is inclined in a direction away from the flow direction along the oxidant gas flow direction.

このように構成される第３の実施形態では、パイプ部材９０の出口９０ｂに傾斜端面９２が設けられている。従って、酸化剤ガスの流れによって、出口９０ｂから水を一層円滑に排出させることが可能になるという利点がある。 In the third embodiment configured as described above, an inclined end surface 92 is provided at the outlet 90 b of the pipe member 90. Therefore, there is an advantage that water can be discharged more smoothly from the outlet 90b by the flow of the oxidant gas.

図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）１００の要部拡大説明図である。 FIG. 8 is an enlarged explanatory view of a main part of a pipe member (drainage passage portion) 100 constituting a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention.

パイプ部材１００は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）に突出する出口１００ｂを有するとともに、前記出口１００ｂは、酸化剤ガス流れ方向（矢印Ｆ方向）上流側に向かって傾斜する開口端面１０２を有する。出口１００ｂのガス流れ方向下流側の側面には、吐出開口部１０４が形成される。 The pipe member 100 has an outlet 100b protruding into the oxidant gas outlet communication hole 30b (high speed portion 68), and the outlet 100b is inclined toward the upstream side in the oxidant gas flow direction (arrow F direction). An open end face 102 is provided. A discharge opening 104 is formed on the side surface of the outlet 100b on the downstream side in the gas flow direction.

このように構成される第４の実施形態では、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って流通する酸化剤ガスは、パイプ部材１００の出口１００ｂに設けられる開口端面１０２の案内作用下に、この出口１００ｂ内に導入された後、吐出開口部１０４から前記酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに吐出される。このため、出口１００ｂに負圧を集中させることができ、排水性が一層良好に遂行されるという効果がある。 In the fourth embodiment configured as described above, the oxidant gas flowing along the oxidant gas outlet communication hole 30b flows under the guide action of the open end face 102 provided at the outlet 100b of the pipe member 100. After being introduced into 100b, it is discharged from the discharge opening 104 to the oxidant gas outlet communication hole 30b. For this reason, a negative pressure can be concentrated on the exit 100b, and there is an effect that drainage is performed more satisfactorily.

図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１１０を構成する発電ユニット１１２の分解斜視説明図である。 FIG. 9 is an exploded perspective view of the power generation unit 112 constituting the fuel cell 110 according to the fifth embodiment of the present invention.

発電ユニット１１２は、第１セパレータ１１４、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１１６を備える。第１セパレータ１１４及び第２セパレータ１１６は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第１セパレータ１１４と前記第２セパレータ１１６とにより、排水用通路部１１８が一体に構成される。 The power generation unit 112 includes a first separator 114, an electrolyte membrane / electrode structure 16, and a second separator 116. The first separator 114 and the second separator 116 are constituted by a metal plate, and the drainage passage 118 is integrally constituted by the first separator 114 and the second separator 116.

排水用通路部１１８は、第１セパレータ１１４に一体成形される第１折り曲げ部位１２０と、第２セパレータ１１６に一体成形される第２折り曲げ部位１２２とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に突出して配置される。 The drainage passage portion 118 has a first bent portion 120 formed integrally with the first separator 114 and a second bent portion 122 formed integrally with the second separator 116, and the lower end portion thereof is an oxidizing agent. The gas outlet communication hole 30b is disposed so as to protrude.

図１０に示すように、第１折り曲げ部位１２０は、第２折り曲げ部位１２２よりも酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの酸化剤ガス流れ方向上流側に配置されるとともに、前記第１折り曲げ部位１２０は、前記第２折り曲げ部位１２２よりも幅方向（矢印Ｇ方向）の寸法が大きく設定される。 As shown in FIG. 10, the first bent portion 120 is disposed upstream of the second bent portion 122 in the oxidizing gas flow direction of the oxidant gas outlet communication hole 30b, and the first bent portion 120 is The dimension in the width direction (arrow G direction) is set larger than that of the second bent portion 122.

第１折り曲げ部位１２０は、断面略コ字状を有するとともに、角部を湾曲させることにより、酸化剤ガスの流れを円滑にする機能を有する。第２折り曲げ部位１２２は、同様に断面コ字状を有し、開口側端部を第１折り曲げ部位１２０の内壁面に当接させることにより、排水用ノズル流路１２４が形成される。 The first bent portion 120 has a substantially U-shaped cross section and has a function of smoothing the flow of the oxidant gas by curving the corners. Similarly, the second bent portion 122 has a U-shaped cross section, and the drain side nozzle flow path 124 is formed by bringing the opening side end into contact with the inner wall surface of the first bent portion 120.

このように構成される第５の実施形態では、第１セパレータ１１４及び第２セパレータ１１６は、金属プレートで構成されるとともに、プレス成形によりそれぞれ第１折り曲げ部位１２０と第２折り曲げ部位１２２とを一体成形している。 In the fifth embodiment configured as described above, the first separator 114 and the second separator 116 are formed of a metal plate, and the first bent portion 120 and the second bent portion 122 are integrated with each other by press molding. Molding.

そして、第１セパレータ１１４と第２セパレータ１１６とにより、電解質膜・電極構造体１６を挟持する際に、第１折り曲げ部位１２０と第２折り曲げ部位１２２とが互いに重なり合って、排水用ノズル流路１２４が形成される。 When the electrolyte membrane / electrode structure 16 is sandwiched between the first separator 114 and the second separator 116, the first bent portion 120 and the second bent portion 122 overlap each other, and the drainage nozzle flow path 124. Is formed.

排水用ノズル流路１２４は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に開放されており、酸化剤ガスの流れによって発生する負圧を介し、排水用ノズル流路１２４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに円滑に排水することが可能になるという利点がある。 The drainage nozzle flow path 124 is opened inside the oxidant gas outlet communication hole 30b, and the oxidant gas outlet communication hole 30b from the drainage nozzle flow path 124 through a negative pressure generated by the flow of the oxidant gas. There is an advantage that it is possible to drain smoothly.

図１１は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１３０を構成する発電ユニット１３２の分解斜視説明図である。 FIG. 11 is an exploded perspective view of the power generation unit 132 constituting the fuel cell 130 according to the sixth embodiment of the present invention.

発電ユニット１３２は、第１セパレータ１３４、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１３６を備える。第１セパレータ１３４及び第２セパレータ１３６は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第１セパレータ１３４と前記第２セパレータ１３６とにより、排水用通路部１３８が一体に構成される。 The power generation unit 132 includes a first separator 134, an electrolyte membrane / electrode structure 16, and a second separator 136. The first separator 134 and the second separator 136 are constituted by a metal plate, and the drainage passage 138 is integrally constituted by the first separator 134 and the second separator 136.

排水用通路部１３８は、第１セパレータ１１４に溶着される第１折り曲げ部材１４０と、第２セパレータ１１６に溶着される第２折り曲げ部材１４２とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に突出して配置される。 The drainage passage portion 138 includes a first bending member 140 welded to the first separator 114 and a second bending member 142 welded to the second separator 116, and the lower end portion thereof has an oxidant gas outlet. It protrudes and is arrange | positioned inside the communicating hole 30b.

このように構成される第６の実施形態では、第１折り曲げ部材１４０と第２折り曲げ部材１４２とにより排水用通路部１３８が構成されており、上記の第５の実施形態と同様の効果が得られる。 In the sixth embodiment configured as described above, the drainage passage portion 138 is configured by the first bending member 140 and the second bending member 142, and the same effect as in the fifth embodiment is obtained. It is done.

なお、第１〜第６の実施形態では、第１セパレータ１４（１１４、１３４）、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１８（１１６、１３６）を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、３枚のセパレータと２枚の電解質膜・電極構造体とを備える、所謂、間引き冷却構造の発電ユニットを用いてもよい。 In the first to sixth embodiments, the first separator 14 (114, 134), the electrolyte membrane / electrode structure 16 and the second separator 18 (116, 136) are provided. However, the present invention is not limited to this. For example, a power generation unit having a so-called thinning cooling structure including three separators and two electrolyte membrane / electrode structures may be used.

１０、１１０、１３０…燃料電池１２、１１２、１３２…発電ユニット
１４、１８、１１４、１１６、１３４、１３６…セパレータ
１６…電解質膜・電極構造体２２…固体高分子電解質膜
２４…アノード側電極２６…カソード側電極
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…燃料ガス入口連通孔３２ｂ…燃料ガス出口連通孔
３４ａ…冷却媒体入口連通孔３４ｂ…冷却媒体出口連通孔
３６…燃料ガス流路
３８、４６ａ、４６ｂ、５２…入口バッファ部
４０、４８ａ、４８ｂ、５４…出口バッファ部
４４…冷却媒体流路５０…酸化剤ガス流路
６６、７０、８０、９０、１００…パイプ部材
６６ａ、８０ａ…入口
６６ｂ、８０ｂ、９０ｂ、１００ｂ…出口
６８…高速部位９２…傾斜端面
１０２…開口端面１０４…吐出開口部
１１８、１３８…排水用通路部１２０、１２２…折り曲げ部位
１２４…排水用ノズル流路１４０、１４２…折り曲げ部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 110, 130 ... Fuel cell 12, 112, 132 ... Electric power generation unit 14, 18, 114, 116, 134, 136 ... Separator 16 ... Electrolyte membrane electrode structure 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Anode side electrode 26 ... cathode side electrode 30a ... oxidant gas inlet communication hole 30b ... oxidant gas outlet communication hole 32a ... fuel gas inlet communication hole 32b ... fuel gas outlet communication hole 34a ... cooling medium inlet communication hole 34b ... cooling medium outlet communication hole 36 ... Fuel gas flow path 38, 46a, 46b, 52 ... Inlet buffer section 40, 48a, 48b, 54 ... Outlet buffer section 44 ... Cooling medium flow path 50 ... Oxidant gas flow path 66, 70, 80, 90, 100 ... Pipe Member 66a, 80a ... Inlet 66b, 80b, 90b, 100b ... Outlet 68 ... High-speed part 92 ... Inclined end face 102 ... Open end face 104 ... Out openings 118 and 138 ... drainage passage 120, 122 ... bent portion 124 ... drainage nozzle channel 140, 142 ... bending member

Claims

電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池であって、
前記反応ガス流路の下端部位には、出口側の前記反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、
出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備えることを特徴とする燃料電池。 A plurality of power generation units in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte and a separator are stacked, and a fuel gas or an oxidant gas along the electrodes are provided on the electrode facing surface of the separator. A fuel cell is provided with a reaction gas flow path for supplying a certain reaction gas, and provided with a reaction gas communication hole through which the reaction gas flows in the stacking direction,
At the lower end portion of the reaction gas flow path, an outlet buffer portion communicating with the reaction gas communication hole on the outlet side is provided,
A drainage passage portion having an outlet projecting into the reaction gas communication hole on the outlet side, extending from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side, and staying in the outlet buffer portion A fuel cell comprising: a drainage passage portion that discharges water to be discharged from the outlet of the drainage passage portion to the reaction gas communication hole on the outlet side.

請求項１記載の燃料電池において、前記排水用通路部の出口は、出口側の前記反応ガス連通孔のガス流れ方向に対して傾斜する方向に開口する排水口を有することを特徴とする燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein an outlet of the drainage passage has a drainage port that opens in a direction inclined with respect to a gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side. .

請求項１又は２記載の燃料電池において、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとが水平方向に積層されるとともに、
前記排水用通路部の入口は、前記出口バッファ部の最下位置に開口することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte / electrode structure and the separator are stacked in a horizontal direction,
The fuel cell according to claim 1, wherein an inlet of the drainage passage portion opens at a lowermost position of the outlet buffer portion.

請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、互いに隣接する前記発電ユニットに設けられる各排水用通路部は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the drainage passage portions provided in the power generation units adjacent to each other are arranged in a staggered manner with respect to the stacking direction. Fuel cell.

請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部の出口は、出口側の前記反応ガス連通孔に向かって狭まるように構成されることを特徴とする燃料電池。 5. The fuel cell according to claim 1, wherein an outlet of the drainage passage is configured to be narrowed toward the reaction gas communication hole on an outlet side. 6. .

請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部の入口は、前記出口バッファ部に向かって広がるように構成されることを特徴とする燃料電池。 6. The fuel cell according to claim 1, wherein an inlet of the drainage passage portion is configured to expand toward the outlet buffer portion. 6.

請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部は、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在して配設されるパイプ部材により構成されることを特徴とする燃料電池。 7. The fuel cell according to claim 1, wherein the drainage passage portion is arranged to extend from the outlet buffer portion to the inside of the reaction gas communication hole on the outlet side. A fuel cell comprising:

請求項７記載の燃料電池において、前記パイプ部材は、少なくとも出口側の前記反応ガス連通孔の内部に進入する部位が、前記反応ガスの流れ方向に長尺な楕円形状を有することを特徴とする燃料電池。 8. The fuel cell according to claim 7, wherein at least a portion of the pipe member that enters the reaction gas communication hole on the outlet side has an elliptical shape that is long in the flow direction of the reaction gas. Fuel cell.

請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、金属プレートにより構成されるとともに、
前記排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第１折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第２折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the separator is constituted by a metal plate,
The drainage passage portion is configured integrally with a first bent portion of one of the separators adjacent to each other and a second bent portion of the other separator overlapping each other.

請求項９記載の燃料電池において、出口側の前記反応ガス連通孔の反応ガス流れ方向上流側の前記第１折り曲げ部位は、反応ガス流れ方向下流側の前記第２折り曲げ部位よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。 10. The fuel cell according to claim 9, wherein the first bent portion on the upstream side in the reaction gas flow direction of the reaction gas communication hole on the outlet side is set to a size larger than the second bent portion on the downstream side in the reaction gas flow direction. A fuel cell.