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JP7077933B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池セルに関する。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを、アノード側電極およびカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、電気エネルギーを得るシステムである。 A fuel cell is a system that obtains electrical energy by supplying a fuel gas and an oxidizing agent gas to an anode-side electrode and a cathode-side electrode and causing them to react electrochemically.

一般に、燃料電池は、燃料電池セルを複数積層されたスタック構造を有している。この燃料電池セルは、電解質膜の両側にアノード側触媒層とカソード側触媒層とが設けられた膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータから構成される。上記燃料電池において、膜電極接合体へのガス拡散性をさらに良好にすることを目的として、膜電極接合体の両側に多孔質の拡散層用基材であるガス拡散層を配置して膜電極ガス拡散層接合体を構成し、この膜電極ガス拡散層接合体を一対のセパレータで挟持している場合がある。ここで、特許文献1には、セパレータにおける膜電極ガス拡散層接合体に面する側に、ガス流路形成体としてのガス流路を形成するとともに、当該ガス流路内にガスの流れ方向に直交する方向に延びる複数の突起部を設けることにより、それが流路に対する絞り部として機能し、反応ガスをガス拡散層内に均一に拡散できることが開示されている。 Generally, a fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cell cells are stacked. This fuel cell is composed of a membrane electrode assembly in which an anode-side catalyst layer and a cathode-side catalyst layer are provided on both sides of an electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly. In the above fuel cell, for the purpose of further improving the gas diffusivity to the membrane electrode assembly, a gas diffusion layer which is a base material for a porous diffusion layer is arranged on both sides of the membrane electrode assembly to form a membrane electrode. A gas diffusion layer assembly may be formed, and the membrane electrode gas diffusion layer assembly may be sandwiched between a pair of separators. Here, in Patent Document 1, a gas flow path as a gas flow path forming body is formed on the side of the separator facing the membrane electrode gas diffusion layer junction, and the gas flow direction is in the gas flow path. It is disclosed that by providing a plurality of protrusions extending in orthogonal directions, the protrusions function as a throttle for the flow path, and the reaction gas can be uniformly diffused in the gas diffusion layer.

特開2017-228482号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-228482

ここで、よりガス拡散層へのガス拡散性を向上させるため、絞り部の上流で滞留する反応ガスがガス拡散層に拡散しやすくする必要がある。そのため、ガス拡散層の空隙率を大きくする必要がある。しかしながら、ガス拡散層の空隙率が大きい場合、多孔質の基材が疎になるため、電子伝導性は低下する。したがって、絞り部近傍における電子伝導性とガス拡散性を両立する技術が求められていた。 Here, in order to further improve the gas diffusibility to the gas diffusion layer, it is necessary to make it easier for the reaction gas staying upstream of the throttle portion to diffuse into the gas diffusion layer. Therefore, it is necessary to increase the porosity of the gas diffusion layer. However, when the porosity of the gas diffusion layer is large, the porous substrate becomes sparse, and the electron conductivity decreases. Therefore, there has been a demand for a technique that achieves both electron conductivity and gas diffusivity in the vicinity of the throttle portion.

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。 In order to achieve at least a part of the above-mentioned problems, the present invention can be carried out as the following embodiments.

本発明の一形態によれば、膜電極接合体と前記膜電極接合体の両側に多孔質の拡散層用基材である一対のガス拡散層が配置されており、前記一対のガス拡散層の両側に配置される一対のセパレータと、を備えた燃料電池セルであって、前記一対のセパレータには、厚み方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとが配置されており、前記一対のセパレータのうち少なくとも一方のセパレータは、前記反応ガス供給マニホールドから前記反応ガス排出マニホールドに向かって反応ガスを通流させる複数本のガス流路が配置され、前記複数本のガス流路において、隣り合うガス流路同士の間には、前記ガス拡散層に接触する複数の非流路部が設けられており、前記非流路部は、前記複数本のガス流路に沿って連続的に設けられており、前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部は、第1の流路断面積を有するガス流路と隣り合う絞り部と、第2の流路断面積を有するガス流路と隣り合い前記絞り部の上流に隣接して配置される上流部と、前記上流部の上流に隣接して配置される主要部と、を備え、前記第1の流路断面積は、前記第2の流路断面積よりも小さく、前記主要部と前記膜電極接合体との距離を第1の距離とすると、前記絞り部と前記膜電極接合体との距離が前記第1の距離よりも短い第2の距離となるように形成され、前記上流部と前記膜電極接合体との距離が前記第1の距離よりも長い第3の距離となるように形成されている。 According to one embodiment of the present invention, a pair of gas diffusion layers, which are a porous base material for a diffusion layer, are arranged on both sides of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, and the pair of gas diffusion layers. A fuel cell including a pair of separators arranged on both sides, wherein a reaction gas supply manifold and a reaction gas discharge manifold penetrating in the thickness direction are arranged in the pair of separators. In at least one of the separators, a plurality of gas flow paths for allowing the reaction gas to flow from the reaction gas supply manifold toward the reaction gas discharge manifold are arranged, and the plurality of gas flow paths are adjacent to each other. A plurality of non-flow passage portions that come into contact with the gas diffusion layer are provided between the matching gas flow paths, and the non-flow passage portions are continuously provided along the plurality of gas flow paths. At least one non-flow passage portion among the plurality of non-flow passage portions has a throttle portion adjacent to a gas flow path having a first flow path cross-sectional area and a second flow path cross-sectional area. The first flow path cross-sectional area includes an upstream portion arranged adjacent to the gas flow path and adjacent to the upstream of the throttle portion, and a main portion arranged adjacent to the upstream of the upstream portion. Assuming that the distance between the main portion and the membrane electrode assembly is the first distance, which is smaller than the second flow path cross-sectional area, the distance between the throttle portion and the membrane electrode assembly is the first. It is formed so as to have a second distance shorter than the distance, and the distance between the upstream portion and the membrane electrode assembly is formed to be a third distance longer than the first distance.

かかる形態によれば、セパレータに設けられた複数の非流路部が第1の距離、第2の距離、第3の距離と異なる3種類の高さを有することにより、セパレータと接触するガス拡散層に働く接触面圧の大きさが異なる。このため、主要部、絞り部、上流部のそれぞれに隣り合う複数の非流路部が接触するガス拡散層の厚さが異なる。ガス拡散層は、多孔質の拡散層用基材であるガス拡散層は働く接触面圧が高いほど、ガス拡散層の厚さが減少するため、導電性を有する多孔質の基材が密になり電子伝導性は向上する一方、ガス拡散層の空隙率は小さくなりガス拡散性が低下する。第2の距離は第1の距離および第3の距離と比べて高くなっており、ガス拡散層の厚さが薄くなっている。したがって、上流部と隣接する絞り部におけるガス拡散層に働く接触面圧は高く、ガス拡散層の厚さは薄くなるため、ガス拡散層の空隙率が小さくなり、電子伝導性が良好になる。一方、上流部における接触面圧が絞り部および主要部と比べ低くなっており、ガス拡散層の厚さが厚くなっている。このため、ガス流路を流れてきた反応ガスが絞り部によって滞留しやすい上流部において、反応ガスがガス拡散層内に絞り部および主要部と比べ拡散しやすくなっている。このように接触面圧が高い部分と低い部分とを近接して設けているため、反応ガスが拡散しやすい上流部と接触するガス拡散層の一部分に拡散した反応ガスが、反応ガスが拡散しにくい絞り部と接触するガス拡散層の一部分にまで拡散することができる。一方で、電子伝導性が低い上流部に隣接して、電子伝導性が高い絞り部が配置されているため、電子伝導性も絞り部近傍で均一になる。したがって、絞り部近傍において、電子伝導性とガス拡散性とを両立することができる。 According to this embodiment, the plurality of non-flow passage portions provided in the separator have three different heights from the first distance, the second distance, and the third distance, so that the gas diffuses in contact with the separator. The magnitude of the contact surface pressure acting on the layer is different. Therefore, the thickness of the gas diffusion layer in which a plurality of non-channel portions adjacent to each of the main portion, the throttle portion, and the upstream portion are in contact with each other is different. The gas diffusion layer is a base material for a porous diffusion layer. The higher the working contact surface pressure of the gas diffusion layer, the smaller the thickness of the gas diffusion layer. While the electron conductivity is improved, the void ratio of the gas diffusion layer becomes smaller and the gas diffusivity decreases. The second distance is higher than the first distance and the third distance, and the thickness of the gas diffusion layer is thin. Therefore, the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer in the throttle portion adjacent to the upstream portion is high, and the thickness of the gas diffusion layer becomes thin, so that the void ratio of the gas diffusion layer becomes small and the electron conductivity becomes good. On the other hand, the contact surface pressure in the upstream portion is lower than that in the throttle portion and the main portion, and the thickness of the gas diffusion layer is increased. Therefore, in the upstream portion where the reaction gas flowing through the gas flow path tends to stay due to the throttle portion, the reaction gas is more likely to diffuse into the gas diffusion layer than in the throttle portion and the main portion. Since the portion where the contact surface pressure is high and the portion where the contact surface pressure is low are provided close to each other, the reaction gas diffuses into a part of the gas diffusion layer in contact with the upstream portion where the reaction gas easily diffuses. It can diffuse to a part of the gas diffusion layer that comes into contact with the difficult drawing portion. On the other hand, since the throttle portion having high electron conductivity is arranged adjacent to the upstream portion having low electron conductivity, the electron conductivity also becomes uniform in the vicinity of the throttle portion. Therefore, both electron conductivity and gas diffusivity can be achieved in the vicinity of the throttle portion.

上記形態の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部が、前記絞り部と前記上流部において、前記第2の距離および前記第3の距離を有する前記膜電極接合体と平行な面と、前記第2の距離または第3の距離まで連続的に高さが変化する前記膜電極接合体に対して垂直でない面とを有していてもよい。 In the fuel cell separator of the above embodiment, the non-flow path portion of at least one of the plurality of non-flow passage portions has the second distance and the third distance between the throttle portion and the upstream portion. It may have a surface parallel to the membrane electrode assembly and a surface not perpendicular to the membrane electrode assembly whose height changes continuously up to the second or third distance.

かかる形態によれば、高さが連続的に変化するため、ガス拡散層とセパレータとの間に隙間が発生することを抑制できる。したがって、電子伝導性をより向上することができる。 According to this form, since the height changes continuously, it is possible to suppress the generation of a gap between the gas diffusion layer and the separator. Therefore, the electron conductivity can be further improved.

上記形態の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部は、非流路部の前記膜電極接合体に対して垂直かつガスの通流方向に対して平行な平面における断面が、前記絞り部および前記上流部で円弧形状になっていてもよい。 In the fuel cell separator of the above embodiment, at least one non-flow path portion of the plurality of non-flow path portions is perpendicular to the membrane electrode assembly of the non-channel portion and with respect to the gas flow direction. The cross section in the parallel plane may be arcuate in the throttle portion and the upstream portion.

かかる形態によれば、絞り部および上流部で円弧形状になっているため、ガス拡散層とセパレータとの間に隙間が発生することを抑制できる。したがって、電子伝導性をより向上することができる。 According to this form, since the throttle portion and the upstream portion have an arc shape, it is possible to suppress the generation of a gap between the gas diffusion layer and the separator. Therefore, the electron conductivity can be further improved.

本実施形態にかかる燃料電池セルの断面説明図である。It is sectional drawing explanatory drawing of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかるセパレータの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the separator which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる燃料電池セルの断面図であって、ガスの流れを説明するための図である。It is sectional drawing of the fuel cell which concerns on this embodiment, and is the figure for demonstrating the flow of a gas. 図2に示す領域Cの拡大平面図と、図4(a)のA-A線における断面図である。It is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. 2 and the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4 (a). 変形例における図2に示す領域Cの拡大平面図と、図5(a)のB-B線における断面図である。It is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. 2 in the modification, and is a sectional view taken along the line BB of FIG. 5 (a). 変形例にかかるセパレータの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the separator which concerns on a modification.

以下、図面を参照しながら、本発明の燃料電池セパレータについて、詳細に説明する。なお、以下の実施形態はあくまでも好適な適用例であって、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the fuel cell separator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments are merely suitable application examples, and the scope of application of the present invention is not limited thereto.

図1は、本発明の一実施例としての燃料電池セル100の構成を示す断面図である。燃料電池セル100は、膜電極接合体10と、2枚のガス拡散層20と、一対のセパレータ、すなわちアノード側セパレータ30とカソード側セパレータ40と、を備える。膜電極接合体10は、電解質膜13の両面に、それぞれアノード側触媒層11とカソード側触媒層12とが配置されている。電解質膜13は、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す固体高分子膜である。本実施形態において、電解質膜13はフッ素系樹脂のイオン交換膜によって構成される。アノード側触媒層11およびカソード側触媒層12は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応を促進する触媒からなる。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a fuel cell 100 as an embodiment of the present invention. The fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 10, two gas diffusion layers 20, and a pair of separators, that is, an anode-side separator 30 and a cathode-side separator 40. In the membrane electrode assembly 10, an anode-side catalyst layer 11 and a cathode-side catalyst layer 12 are arranged on both sides of the electrolyte membrane 13, respectively. The electrolyte membrane 13 is a solid polymer membrane that exhibits good proton conductivity in a wet state. In the present embodiment, the electrolyte membrane 13 is composed of an ion exchange membrane of a fluororesin. The anode-side catalyst layer 11 and the cathode-side catalyst layer 12 are composed of a catalyst that promotes a chemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas.

膜電極接合体10の両側には、それぞれガス拡散層20が積層されている。膜電極接合体10と2枚のガス拡散層20とが、膜電極ガス拡散層接合体(以下、「MEGA」と呼ぶ)21を構成する。ガス拡散層20は、電極反応に用いられる反応ガスを電解質膜13の面方向に沿って拡散させる層であり、多孔質の拡散層用基材により構成されている。拡散層用基材としては、炭素繊維基材や黒鉛繊維基材など、導電性およびガス拡散性を有する多孔質の基材が用いられる。なお、ガス拡散層20の膜電極接合体10側には、撥水処理が施されている。 Gas diffusion layers 20 are laminated on both sides of the membrane electrode assembly 10. The membrane electrode assembly 10 and the two gas diffusion layers 20 constitute a membrane electrode gas diffusion layer assembly (hereinafter referred to as "MEGA") 21. The gas diffusion layer 20 is a layer that diffuses the reaction gas used for the electrode reaction along the plane direction of the electrolyte membrane 13, and is composed of a porous base material for a diffusion layer. As the base material for the diffusion layer, a porous base material having conductivity and gas diffusivity, such as a carbon fiber base material and a graphite fiber base material, is used. The membrane electrode assembly 10 side of the gas diffusion layer 20 is water-repellent.

2枚のセパレータ30、40には凹凸面が形成され、ガス流路32、42は凹凸面の凸部の上面36、46をガス拡散層20に接触させることによって形成される。凹凸面の凹部には反応ガスが流れ、ガス拡散層20と接触している凸部の上面36、46には反応ガスがほとんど流れないので、「非流路部」と呼ぶ。ガス流路32、42は後述する反応ガス供給マニホールド470、480から後述する反応ガス排出マニホールド472、482に向かって反応ガスを通流させている。アノード側セパレータ30は、MEGA21のアノード側の表面に複数のアノード側非流路部36の間にアノード側ガス流路32が形成され、その反対側に複数本の筋状の冷却媒体流路34が形成されている。カソード側セパレータ40は、MEGA21のカソード側の表面に複数のカソード側非流路部46の間にカソード側ガス流路42が形成されており、カソード側非流路部46ともガス拡散層20は接触している。セパレータ30、40は、例えば、ステンレスやチタン、あるいはそれらの合金からなる金属板をプレス成型することによって形成されている。 An uneven surface is formed on the two separators 30 and 40, and the gas flow paths 32 and 42 are formed by bringing the upper surfaces 36 and 46 of the convex portion of the uneven surface into contact with the gas diffusion layer 20. Since the reaction gas flows through the concave portions of the uneven surface and the reaction gas hardly flows through the upper surfaces 36 and 46 of the convex portions in contact with the gas diffusion layer 20, it is called a “non-flow path portion”. The gas flow paths 32 and 42 allow the reaction gas to flow from the reaction gas supply manifolds 470 and 480 described later to the reaction gas discharge manifolds 472 and 482 described later. In the anode-side separator 30, an anode-side gas flow path 32 is formed between a plurality of anode-side non-channel portions 36 on the anode-side surface of MEGA 21, and a plurality of streaky cooling medium flow paths 34 are formed on the opposite side thereof. Is formed. In the cathode side separator 40, a cathode side gas flow path 42 is formed between a plurality of cathode side non-channel portions 46 on the cathode side surface of MEGA 21, and the gas diffusion layer 20 is formed in both the cathode side non-channel portions 46. Are in contact. The separators 30 and 40 are formed, for example, by press-molding a metal plate made of stainless steel, titanium, or an alloy thereof.

図2は、本実施形態におけるカソード側セパレータ30の概略構成を示す平面図である。なお、図2におけるx方向が「ガスの通流方向」に相当し、z方向が「積層方向」に相当する。図3は、本実施形態にかかる燃料電池セルの断面図であって、ガスの流れを説明するための図である。図2に示すように、カソード側セパレータ30は、例えば、略矩形の板状部材であり、中央部にMEGA21と対向する発電領域50、外縁部に複数の開口部470、472、480、482、490、492が設けられている。これらの開口部470、472、480、482、490、492は、反応ガスおよび冷却媒体のためのマニホールドであり、セパレータの厚み方向を貫通する貫通孔である。各マニホールドは、発電領域50における燃料ガスの通流方向と酸化剤ガスの通流方向とが、電解質膜13を挟んで互いに対向し、かつ、交差するように配置されている。具体的には、燃料ガス供給マニホールド470と、酸化剤ガス供給マニホールド480と、冷却媒体供給マニホールド490が、発電領域50に対して同じ側、すなわち紙面右側に配列され、燃料ガス排出マニホールド472と、酸化剤ガス排出マニホールド482と、冷却媒体排出マニホールド492とが、その反対側、すなわち紙面左側に配列されている。反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤ガスは、それぞれ燃料ガス供給マニホールド470または酸化剤ガス供給マニホールド480から燃料ガス排出マニホールド472または酸化剤ガス排出マニホールド482に向かって流れる。ここで、本明細書では、アノード側セパレータ30の燃料ガス供給マニホールド470側またはカソード側セパレータ40の酸化剤ガス供給マニホールド480側を「上流」と呼ぶ。また、アノード側セパレータ30の燃料ガス排出マニホールド472側またはカソード側セパレータ40の酸化剤ガス排出マニホールド482側を「下流」と呼ぶ。 FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the cathode side separator 30 in the present embodiment. The x direction in FIG. 2 corresponds to the "gas flow direction", and the z direction corresponds to the "stacking direction". FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel cell according to the present embodiment, and is a diagram for explaining a gas flow. As shown in FIG. 2, the cathode side separator 30 is, for example, a substantially rectangular plate-shaped member, a power generation region 50 facing MEGA 21 in the central portion, and a plurality of openings 470, 472, 480, 482 in the outer edge portion. 490 and 492 are provided. These openings 470, 472, 480, 482, 490, 492 are manifolds for the reaction gas and the cooling medium and are through holes that penetrate the thickness direction of the separator. Each manifold is arranged so that the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the oxidant gas in the power generation region 50 face each other and intersect with each other with the electrolyte membrane 13 interposed therebetween. Specifically, the fuel gas supply manifold 470, the oxidizing agent gas supply manifold 480, and the cooling medium supply manifold 490 are arranged on the same side with respect to the power generation region 50, that is, on the right side of the paper surface, and the fuel gas discharge manifold 472 and the fuel gas discharge manifold 472. The oxidant gas discharge manifold 482 and the cooling medium discharge manifold 492 are arranged on the opposite side, that is, on the left side of the paper surface. The fuel gas and the oxidant gas, which are reaction gases, flow from the fuel gas supply manifold 470 or the oxidant gas supply manifold 480 toward the fuel gas discharge manifold 472 or the oxidant gas discharge manifold 482, respectively. Here, in the present specification, the fuel gas supply manifold 470 side of the anode side separator 30 or the oxidant gas supply manifold 480 side of the cathode side separator 40 is referred to as "upstream". Further, the fuel gas discharge manifold 472 side of the anode side separator 30 or the oxidant gas discharge manifold 482 side of the cathode side separator 40 is referred to as "downstream".

ここで、燃料ガス供給マニホールド470と、燃料ガス排出マニホールド472とは、発電領域50を挟んで互いに対角する位置に形成されている。酸化剤ガス供給マニホールド480と酸化剤ガス排出マニホールド482、冷却媒体供給マニホールド490と冷却媒体排出マニホールド492についても同様である。なお、反応ガスおよび冷却媒体のためのマニホールド470、472、480、482、490、492の配置は、他の構成であってもよい。 Here, the fuel gas supply manifold 470 and the fuel gas discharge manifold 472 are formed at positions diagonal to each other with the power generation region 50 interposed therebetween. The same applies to the oxidant gas supply manifold 480 and the oxidant gas discharge manifold 482, and the cooling medium supply manifold 490 and the cooling medium discharge manifold 492. The arrangement of the manifolds 470, 472, 480, 482, 490, and 492 for the reaction gas and the cooling medium may have other configurations.

また、カソード側セパレータ40には、ガスの通流方向(図2ではx方向)に沿って互いに直線状に平行に延びるカソード側ガス流路42が形成され、当該カソード側ガス流路42の間にはガス拡散層20に接触する面側に突出する方向、すなわち積層方向(図2ではz方向)にカソード側非流路部46が複数形成されている。カソード側非流路部46の積層方向の高さは、ガスの通流方向に直交する方向(図2ではy方向)に一定である。各カソード側ガス流路42は、後述する絞り部43以外の部分は幅と流路断面積は一定である。なお、カソード側ガス流路42を直線状にすることによって、MEGA21での電気化学反応によって生成された液水を排出する効率を高めることができる。カソード側ガス流路42は、酸化剤ガス供給マニホールド480から酸化剤ガス排出マニホールド482まで発電領域50の両端の間を一直線に貫くように形成されていることが好ましい。このような構成によって、液水の排出をより容易に行うことが可能である。 Further, the cathode side separator 40 is formed with a cathode side gas flow path 42 extending linearly and parallel to each other along the gas flow direction (x direction in FIG. 2), and is between the cathode side gas flow paths 42. Is formed with a plurality of cathode-side non-channel portions 46 in a direction protruding toward the surface in contact with the gas diffusion layer 20, that is, in a stacking direction (z direction in FIG. 2). The height of the cathode-side non-flow path portion 46 in the stacking direction is constant in the direction orthogonal to the gas flow direction (y direction in FIG. 2). The width and cross-sectional area of each cathode side gas flow path 42 are constant except for the throttle portion 43, which will be described later. By making the cathode side gas flow path 42 linear, it is possible to increase the efficiency of discharging the liquid water generated by the electrochemical reaction in MEGA 21. The cathode side gas flow path 42 is preferably formed so as to penetrate straight between both ends of the power generation region 50 from the oxidant gas supply manifold 480 to the oxidant gas discharge manifold 482. With such a configuration, it is possible to more easily discharge the liquid water.

図2に示すように、カソード側ガス流路42はガスの通流方向に直交する方向(図2ではy方向)に突起部を設けることにより流路断面積を減少している部分があり、この部分と隣り合うカソード側非流路部46を絞り部43とする。ここで、流路断面積とは、カソード側セパレータ40に設けられた複数のカソード側ガス流路42のうち1本のガス流路の断面積をいう。カソード側非流路部46において、絞り部43の上流に隣接して配置される部分が上流部44である。本実施形態においては、絞り部43および上流部44を除いたカソード側非流路部46が主要部45である。カソード側ガス流路42中の流路断面積を減少させる部分を設けることにより、カソード側ガス流路42を通流する酸化剤ガスに圧損が生じて酸化剤ガスの通流速度は遅くなる。そのため、絞り部43の上流に隣接して配置された上流部44に滞留する。このように、カソード側ガス流路42内で酸化剤ガスの滞留を引き起こさせることによって、図3に示すように、酸化剤ガスをよりガス拡散層20内に潜り込ませることができる。したがって、ガス拡散層20内に酸化剤ガスが拡散しやすくなり、ガス拡散層20から酸化剤ガスが拡散するカソード側触媒層12内の酸化剤ガスの濃度を向上させることができる。 As shown in FIG. 2, the cathode side gas flow path 42 has a portion in which the cross-sectional area of the flow path is reduced by providing a protrusion in a direction orthogonal to the gas flow direction (y direction in FIG. 2). The cathode side non-flow path portion 46 adjacent to this portion is referred to as a throttle portion 43. Here, the cross-sectional area of the flow path means the cross-sectional area of one gas flow path among the plurality of cathode-side gas flow paths 42 provided in the cathode-side separator 40. In the cathode side non-flow path portion 46, the portion arranged adjacent to the upstream of the throttle portion 43 is the upstream portion 44. In the present embodiment, the cathode-side non-flow path portion 46 excluding the throttle portion 43 and the upstream portion 44 is the main portion 45. By providing a portion in the cathode side gas flow path 42 that reduces the cross-sectional area of the flow path, pressure loss occurs in the oxidant gas flowing through the cathode side gas flow path 42, and the flow rate of the oxidant gas becomes slow. Therefore, it stays in the upstream portion 44 arranged adjacent to the upstream of the throttle portion 43. By causing the oxidant gas to stay in the cathode side gas flow path 42 in this way, as shown in FIG. 3, the oxidant gas can be further submerged in the gas diffusion layer 20. Therefore, the oxidant gas easily diffuses into the gas diffusion layer 20, and the concentration of the oxidant gas in the cathode-side catalyst layer 12 in which the oxidant gas diffuses from the gas diffusion layer 20 can be improved.

図4は、図2に示す領域Cの拡大平面図と、図4のA-A線における断面図である。図4(a)は、図2に示す領域Cの拡大平面図である。なお、図4(a)には、カソード側セパレータ40における酸化剤ガスの流れを示す矢印が図示されている。図4(a)に示すように、カソード側非流路部46には、カソード側ガス流路42の流路断面積を減少した部分と隣り合う絞り部46が設けられている。上述したように、このような絞り部43を設けることによりガス拡散層20内に拡散しやすくなるため、ガス拡散層20内の酸化剤ガスの濃度が、ガスの通流方向の上流から下流に至る各段階において均一になる。したがって、燃料電池セル100の発電特性の低下を回避することができる。このような絞り部43は、酸化剤ガス濃度が低下するカソード側ガス流路42の下流に設けると効果的である。 FIG. 4 is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. 2 and a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 4A is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. Note that FIG. 4A shows an arrow indicating the flow of the oxidant gas in the cathode side separator 40. As shown in FIG. 4A, the cathode-side non-channel portion 46 is provided with a throttle portion 46 adjacent to a portion of the cathode-side gas flow path 42 in which the cross-sectional area of the flow path is reduced. As described above, since the provision of such a throttle portion 43 facilitates diffusion into the gas diffusion layer 20, the concentration of the oxidizing agent gas in the gas diffusion layer 20 changes from upstream to downstream in the gas flow direction. It becomes uniform at each stage. Therefore, it is possible to avoid deterioration of the power generation characteristics of the fuel cell 100. It is effective to provide such a throttle portion 43 downstream of the cathode side gas flow path 42 in which the concentration of the oxidant gas decreases.

図4(b)は、図4(a)のA-A線におけるカソード側セパレータ40に設けられたカソード側非流路部46の断面図である。図4(c)は、カソード側セパレータ43と、ガス拡散層20と、膜電極接合体10とが重ね合わせられた図である。ここで、カソード側非流路部46のうち主要部45と膜電極接合体10との距離を第1の距離L1、カソード側非流路部46うち絞り部43に隣り合うカソード側非流路部46と膜電極接合体10との距離を第2の距離L2、カソード側非流路部46うち上流部44に隣り合うカソード側非流路部46と膜電極接合体10との距離を第3の距離L3とする。本実施形態におけるカソード側セパレータ40に形成されたカソード側非流路部46は、図4(b)および図4(c)に示すように、第2の距離L2は第1の距離L1よりも短く、第3の距離L3は第1の距離L1よりも長くなるように形成されている。すなわち、絞り部43に隣り合うカソード側非流路部46はガス拡散層20に対して、積層方向に最も高く突出している。一方、上流部44に隣り合うカソード側非流路部46は最も突出していない。 FIG. 4B is a cross-sectional view of the cathode side non-channel portion 46 provided on the cathode side separator 40 in the line AA of FIG. 4A. FIG. 4C is a diagram in which the cathode side separator 43, the gas diffusion layer 20, and the membrane electrode assembly 10 are superposed. Here, the distance between the main portion 45 of the cathode side non-channel portion 46 and the membrane electrode assembly 10 is the first distance L1, and the cathode side non-channel portion 46 of the cathode side non-channel portion 46 adjacent to the throttle portion 43 is the cathode side non-channel portion. The distance between the portion 46 and the membrane electrode assembly 10 is the second distance L2, and the distance between the cathode side non-flow path portion 46 adjacent to the upstream portion 44 of the cathode side non-flow path portion 46 and the membrane electrode assembly 10 is the second. Let the distance L3 be 3. As shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), the cathode-side non-channel portion 46 formed in the cathode-side separator 40 in the present embodiment has a second distance L2 larger than that of the first distance L1. It is short and the third distance L3 is formed to be longer than the first distance L1. That is, the cathode-side non-channel portion 46 adjacent to the throttle portion 43 protrudes highest in the stacking direction with respect to the gas diffusion layer 20. On the other hand, the cathode-side non-channel portion 46 adjacent to the upstream portion 44 is the least protruding.

発電領域50内において、カソード側セパレータ43に設けられたカソード側非流路部46が膜電極接合体10に対して、第1の距離L1、第2の距離L2、第3の距離L3と異なる3種類の距離を有することにより、カソード側セパレータ40と接触するガス拡散層20に働く接触面圧の大きさは異なる。そのため、図4(c)に示すように、カソード側非流路部46が接触するガス拡散層20の厚さは場所によって異なる。ガス拡散層20は、多孔質の拡散層用基材により構成されているため、ガス拡散層20に働く接触面圧が高いほど、ガス拡散層20の厚さは減少する。ガス拡散層20の厚さが減少すると、導電性を有する多孔質の基材が密になるため電子伝導性は向上する一方、ガス拡散層20の空隙率は小さくなるためガス拡散性が低下する。したがって、主要部45と膜電極接合体10との距離は、電子伝導性とガス拡散性とが両立できる膜電極接合体10との距離である第1の距離L1に設定されている。本実施形態では、主要部45と膜電極接合体10との距離は第1の距離L1で一定である。 In the power generation region 50, the cathode side non-flow path portion 46 provided in the cathode side separator 43 is different from the first distance L1, the second distance L2, and the third distance L3 with respect to the membrane electrode assembly 10. By having three kinds of distances, the magnitude of the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20 in contact with the cathode side separator 40 is different. Therefore, as shown in FIG. 4C, the thickness of the gas diffusion layer 20 with which the cathode-side non-channel portion 46 contacts varies depending on the location. Since the gas diffusion layer 20 is made of a porous base material for a diffusion layer, the higher the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20, the smaller the thickness of the gas diffusion layer 20. When the thickness of the gas diffusion layer 20 is reduced, the porous base material having conductivity becomes denser, so that the electron conductivity is improved, while the porosity of the gas diffusion layer 20 is reduced, so that the gas diffusivity is lowered. .. Therefore, the distance between the main portion 45 and the membrane electrode assembly 10 is set to the first distance L1, which is the distance from the membrane electrode assembly 10 that can achieve both electron conductivity and gas diffusivity. In the present embodiment, the distance between the main portion 45 and the membrane electrode assembly 10 is constant at the first distance L1.

本実施形態におけるカソード側セパレータ40は、図4(c)に示すように、絞り部43における第2の距離L2は、第1の距離L1および第3の距離L3と比べて短くなっており、ガス拡散層20の厚さが最も薄くなっている。第2の距離L2は、好ましくは第1の距離L1の0.6倍以上0.9倍以下であり、さらに好ましくは0.7倍以上0.8倍以下である。したがって、絞り部43におけるガス拡散層20に働く接触面圧は高くなるため、ガス拡散層20の空隙率が小さくなり、電子伝導性が良好になる。しかしながら、絞り部43では、ガス拡散層20の空隙率は小さくなるため、酸化剤ガスはガス拡散層20に拡散しにくい。さらに、絞り部43と隣り合うカソード側ガス流路42は、流路断面積が減少しており、カソード側ガス流路42を酸化剤ガスが通流する際に発生する圧損が大きくなっている。この結果、絞り部43の上流に隣接した上流部44に、より酸化剤ガスが滞留しやすい。 In the cathode side separator 40 in the present embodiment, as shown in FIG. 4C, the second distance L2 in the throttle portion 43 is shorter than the first distance L1 and the third distance L3. The thickness of the gas diffusion layer 20 is the thinnest. The second distance L2 is preferably 0.6 times or more and 0.9 times or less, and more preferably 0.7 times or more and 0.8 times or less the first distance L1. Therefore, since the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20 in the throttle portion 43 becomes high, the porosity of the gas diffusion layer 20 becomes small, and the electron conductivity becomes good. However, in the throttle portion 43, the void ratio of the gas diffusion layer 20 becomes small, so that the oxidant gas is difficult to diffuse into the gas diffusion layer 20. Further, the cathode side gas flow path 42 adjacent to the throttle portion 43 has a reduced flow path cross-sectional area, and the pressure loss generated when the oxidant gas flows through the cathode side gas flow path 42 is large. .. As a result, the oxidant gas is more likely to stay in the upstream portion 44 adjacent to the upstream portion of the throttle portion 43.

ここで、上流部44における第3の距離L3は、第1の距離L1および第2の距離L2と比べて長くなっており、ガス拡散層20の厚さが最も厚くなっている。第3の距離L3は、好ましくは第1の距離L1の1.1倍以上1.3倍以下であり、さらに好ましくは1.1倍以上1.2倍以下である。このため、ガス拡散層20に働く接触面圧が低いため、ガス拡散層20の空隙率が大きい。したがって、酸化剤ガスが滞留しやすい上流部44において、酸化剤ガスがガス拡散層20内に拡散しやすくなっている。 Here, the third distance L3 in the upstream portion 44 is longer than the first distance L1 and the second distance L2, and the thickness of the gas diffusion layer 20 is the thickest. The third distance L3 is preferably 1.1 times or more and 1.3 times or less of the first distance L1, and more preferably 1.1 times or more and 1.2 times or less. Therefore, since the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20 is low, the porosity of the gas diffusion layer 20 is large. Therefore, in the upstream portion 44 where the oxidant gas tends to stay, the oxidant gas tends to diffuse into the gas diffusion layer 20.

このように、本実施形態におけるカソード側セパレータ40は、絞り部43でカソード側ガス流路42中に発生させる圧損を大きくする一方、上流部44におけるガス拡散層20への酸化剤ガスの拡散しやすさも大きくしている。この結果、上流部44でガス拡散層20に拡散した酸化剤ガスが、ガス拡散層20の絞り部43に対向する部分に拡散する。これにより、絞り部43および上流部44に隣接するガス拡散層20に拡散する酸化剤ガスの濃度が均一になり、絞り部43近傍において安定したガス拡散性を得ることができる。一方、絞り部43ではガス拡散層20に働く接触面圧は高く、ガス拡散層20の厚さが薄いため、電子伝導性は高い。ガス拡散層20に働く接触面圧が低く電子伝導性が低い上流部44の近傍に、電子伝導性が高い絞り部43が位置している。この結果、絞り部43近傍において安定した電子伝導性を得ることができる。以上より、カソード側セパレータ40のうち、絞り部43近傍において電子伝導性とガス拡散性を両立させることができる。 As described above, the cathode side separator 40 in the present embodiment increases the pressure loss generated in the cathode side gas flow path 42 in the throttle portion 43, while the oxidizing agent gas diffuses into the gas diffusion layer 20 in the upstream portion 44. The ease is also increased. As a result, the oxidant gas diffused in the gas diffusion layer 20 in the upstream portion 44 diffuses into the portion of the gas diffusion layer 20 facing the throttle portion 43. As a result, the concentration of the oxidant gas diffused in the gas diffusion layer 20 adjacent to the throttle portion 43 and the upstream portion 44 becomes uniform, and stable gas diffusibility can be obtained in the vicinity of the throttle portion 43. On the other hand, in the throttle portion 43, the contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20 is high, and the thickness of the gas diffusion layer 20 is thin, so that the electron conductivity is high. A throttle portion 43 having a high electron conductivity is located in the vicinity of the upstream portion 44 having a low contact surface pressure acting on the gas diffusion layer 20 and a low electron conductivity. As a result, stable electron conductivity can be obtained in the vicinity of the throttle portion 43. From the above, it is possible to achieve both electron conductivity and gas diffusivity in the vicinity of the throttle portion 43 of the cathode side separator 40.

上記実施形態では、絞り部43に隣り合うカソード側非流路部46の第1の距離が変化しないように形成されており、第2の距離、第3の距離についても同様であったが、本開示はこれに限られない。図5は変形例における図2に示す領域Cの拡大平面図と、図5(a)のB-B線における断面図である。図5(a)は、図4(a)と同様に図2に示す領域Cの拡大平面図である。図5(b)および(c)は、変形例における図5(a)のB-B線における断面図である。図5(b)のように、カソード側非流路部46は、第2の距離および第3の距離を有するMEGA21に平行な平面と、第1の距離から第3の距離または第2の距離から第3の距離まで連続的に高さが変化するMEGA21に垂直でない面を有していてもよい。図5(b)では、MEGA21に垂直な平面における断面が直線状になるように形成されているが、これに限られず、連続的に高さが変化する平面は、B-B線における断面が上に凸または下に凸の円弧形状であってもよい。また、図5(c)のように、絞り部43および上流部44に隣り合うカソード非流路部46のMEGA21に垂直な平面における断面が円弧形状であってもよい。かかる形態の場合、ガス拡散層20との間に隙間が発生することを抑制できる。したがって、電子伝導性をより向上することができる。 In the above embodiment, the first distance of the cathode side non-flow path portion 46 adjacent to the throttle portion 43 is formed so as not to change, and the same applies to the second distance and the third distance. The present disclosure is not limited to this. 5 is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. 2 in the modified example, and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 5A. 5 (a) is an enlarged plan view of the region C shown in FIG. 2 as in FIG. 4 (a). 5 (b) and 5 (c) are cross-sectional views taken along the line BB of FIG. 5 (a) in the modified example. As shown in FIG. 5B, the cathode side non-flow path portion 46 has a plane parallel to MEGA 21 having a second distance and a third distance, and a third distance or a second distance from the first distance. It may have a plane that is not perpendicular to MEGA 21 whose height changes continuously from to a third distance. In FIG. 5B, the cross section in the plane perpendicular to MEGA 21 is formed to be linear, but the cross section in the plane BB is not limited to this, and the plane whose height changes continuously is not limited to this. It may have an arc shape that is convex upward or convex downward. Further, as shown in FIG. 5C, the cross section of the cathode non-flow path portion 46 adjacent to the throttle portion 43 and the upstream portion 44 in a plane perpendicular to MEGA 21 may be arcuate. In such a form, it is possible to suppress the generation of a gap between the gas diffusion layer 20 and the gas diffusion layer 20. Therefore, the electron conductivity can be further improved.

上記実施形態では、カソード側ガス流路42は、酸化剤ガス供給マニホールド480から酸化剤ガス排出マニホールド482まで直線状に延びたストレート流路であったが、本開示はこれに限られない。例えば、カソード側ガス流路42は、ガスの通流方向が複数回反転するサーペンタイン流路であってもよい。また、カソード側ガス流路42が、絞り部43を設けられる程度に蛇行していてもよい。 In the above embodiment, the cathode side gas flow path 42 is a straight flow path extending linearly from the oxidant gas supply manifold 480 to the oxidant gas discharge manifold 482, but the present disclosure is not limited to this. For example, the cathode-side gas flow path 42 may be a serpentine flow path in which the gas flow direction is reversed a plurality of times. Further, the cathode side gas flow path 42 may meander to the extent that the throttle portion 43 is provided.

上記実施形態では、カソード側ガス流路42中に設けられた絞り部43は、カソード側ガス流路42に隣り合う両側のカソード側非流路部46が、ガスの通流方向に直交する方向(図2ではy方向)に突き出した突起部を設けることにより、カソード側ガス流路42の幅を減少させて、流路断面積を減少させていたが、本開示はこれに限られない。例えば、カソード側ガス流路42に隣り合うカソード側非流路部46のうち片方のカソード側非流路部46のみがガスの通流方向に直交する方向に突き出した突起部を設けることにより流路断面積を減少させてもよい。また、カソード側ガス流路42に隣り合うカソード側非流路部46がガスの通流方向に直交する方向(図2ではy方向)に突き出した突起部を設けておらず、カソード側ガス流路42の底の高さを変更することにより流路断面積を減少させてもよい。また、適宜これらを組み合わせて、カソード側ガス流路42の流路断面積を減少させてもよい。 In the above embodiment, the throttle portion 43 provided in the cathode side gas flow path 42 has a direction in which the cathode side non-flow path portions 46 on both sides adjacent to the cathode side gas flow path 42 are orthogonal to the gas flow direction. By providing a protrusion protruding in the y direction in FIG. 2, the width of the cathode-side gas flow path 42 is reduced to reduce the cross-sectional area of the flow path, but the present disclosure is not limited to this. For example, of the cathode-side non-flow path portions 46 adjacent to the cathode-side gas flow path 42, only one of the cathode-side non-channel portions 46 is provided with a protrusion protruding in a direction orthogonal to the gas flow direction. The road cross-sectional area may be reduced. Further, the cathode side non-flow path portion 46 adjacent to the cathode side gas flow path 42 is not provided with a protrusion protruding in the direction orthogonal to the gas flow direction (y direction in FIG. 2), and the cathode side gas flow is not provided. The cross-sectional area of the flow path may be reduced by changing the height of the bottom of the road 42. Further, these may be combined as appropriate to reduce the cross-sectional area of the flow path of the cathode side gas flow path 42.

上記実施形態では、絞り部43は複数本のカソード側ガス流路42それぞれに複数箇所設けられているが、絞り部43を複数本のカソード側ガス流路42それぞれに1個のみ設けてもよいし、1本のカソード側ガス流路42のみに1個設けてもよい。なお、絞り部43は、カソード側ガス流路42の出口以外の位置に設けられることが好ましい。これにより、カソード側ガス流路42の出口が液水によって塞がれ、酸化剤ガスがそのカソード側ガス流路42に流れこみにくくなる現象の発生を抑制できる。 In the above embodiment, the throttle portion 43 is provided at a plurality of locations in each of the plurality of cathode side gas flow paths 42, but only one throttle portion 43 may be provided in each of the plurality of cathode side gas flow paths 42. However, one may be provided only in one cathode side gas flow path 42. The throttle portion 43 is preferably provided at a position other than the outlet of the cathode side gas flow path 42. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a phenomenon in which the outlet of the cathode side gas flow path 42 is blocked by the liquid water and the oxidant gas is less likely to flow into the cathode side gas flow path 42.

上記実施形態では、絞り部43は左右対称に設けられているが、本開示はこれに限られない。図6に示すように、絞り部43がカソード側ガス流路42の下流に上流より多く設けられていてもよい。カソード側ガス流路42を流れる酸化剤ガスはガス拡散層20に拡散していくため、下流に行くに従ってガス濃度が低下する。かかる形態によれば、酸化剤ガスのガス濃度が低下した下流側に絞り部43が設けられており、その絞り部43に対応して接触面圧が異なるようにカソード側非流路部46の高さが変更されている。したがって、少ない数の絞り部43で効率的にガス拡散層20内に酸化剤ガスを拡散させることができる。 In the above embodiment, the diaphragm portion 43 is provided symmetrically, but the present disclosure is not limited to this. As shown in FIG. 6, more throttle portions 43 may be provided downstream of the cathode side gas flow path 42 than upstream. Since the oxidant gas flowing through the cathode side gas flow path 42 diffuses into the gas diffusion layer 20, the gas concentration decreases toward the downstream side. According to this embodiment, the throttle portion 43 is provided on the downstream side where the gas concentration of the oxidant gas has decreased, and the cathode side non-channel portion 46 has a different contact surface pressure corresponding to the throttle portion 43. The height has been changed. Therefore, the oxidant gas can be efficiently diffused into the gas diffusion layer 20 with a small number of drawing portions 43.

上記実施形態では、カソード側非流路部46のうち絞り部43および上流部44を除いた部分を主要部45としたが、本開示はこれに限られない。主要部45は、カソード側非流路部46のうち上流部44の上流に隣接して配置されており、主要部45と膜電極接合体10との距離が第2の距離L2と第3の距離L3との間の距離であればよい。 In the above embodiment, the portion of the cathode-side non-flow path portion 46 excluding the throttle portion 43 and the upstream portion 44 is referred to as the main portion 45, but the present disclosure is not limited to this. The main portion 45 is arranged adjacent to the upstream portion 44 of the cathode side non-flow path portion 46, and the distance between the main portion 45 and the membrane electrode assembly 10 is the second distance L2 and the third. It may be a distance between the distance L3 and the distance L3.

上記実施形態では、カソード側非流路部46の積層方向の高さは、ガスの通流方向に直交する方向に一定であったが、本開示はこれに限られない。カソード側非流路部46の積層方向の高さはガスの通流方向に直交する方向に略一定でもよい。なお、積層方向の高さがガスの通流方向に直交する方向に略一定とは、ガスの通流方向に直交する方向に亘って、所定範囲内(ー5%~+5%)となる積層方向の高さを意味しており、積層方向の高さがガスの通流方向に直交する方向に一定でもよく、多少変化していてもよい。 In the above embodiment, the height of the cathode-side non-flow path portion 46 in the stacking direction is constant in the direction orthogonal to the gas flow direction, but the present disclosure is not limited to this. The height of the cathode-side non-flow path portion 46 in the stacking direction may be substantially constant in the direction orthogonal to the gas flow direction. Note that the height in the stacking direction is substantially constant in the direction orthogonal to the gas flow direction means that the stacking is within a predetermined range (-5% to + 5%) in the direction orthogonal to the gas flow direction. It means the height in the direction, and the height in the stacking direction may be constant in the direction orthogonal to the gas flow direction, or may be slightly changed.

上記実施形態では、カソード側セパレータ40に形成されたカソード側ガス流路42に絞り部43を設け、設けられた絞り部43に対応してカソード側非流路部46の高さを変更したが、本開示はこれに限られない。アノード側セパレータ30に形成されたアノード側ガス流路32に適用してもよい。 In the above embodiment, the throttle portion 43 is provided in the cathode side gas flow path 42 formed in the cathode side separator 40, and the height of the cathode side non-flow path portion 46 is changed corresponding to the provided throttle portion 43. , This disclosure is not limited to this. It may be applied to the anode side gas flow path 32 formed in the anode side separator 30.

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 It should be noted that the present disclosure is not limited to the above embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving a part or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve the part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

100…燃料電池セル
10…膜電極接合体
11…アノード側触媒層
12…カソード側触媒層
13…電解質膜
20…ガス拡散層
21…膜電極ガス拡散層接合体
30…アノード側セパレータ
32…アノード側ガス流路
34…冷却媒体流路
36…アノード側非流路部
40…カソード側セパレータ
42…カソード側ガス流路
43…絞り部
44…上流部
45…主要部
46…カソード側非流路部
470…燃料ガス供給マニホールド
472…燃料ガス排出マニホールド
480…酸化剤ガス供給マニホールド
482…酸化剤ガス排出マニホールド
490…冷却媒体供給マニホールド
492…冷却媒体排出マニホールド
50…発電領域
100 ... Fuel cell 10 ... Membrane electrode assembly 11 ... Cathode side catalyst layer 12 ... Cathode side catalyst layer 13 ... Electrolyte membrane 20 ... Gas diffusion layer 21 ... Membrane electrode gas diffusion layer assembly 30 ... Anodic side separator 32 ... Anode side Gas flow path 34 ... Cooling medium flow path 36 ... Anodic side non-flow path part 40 ... Cathode side separator 42 ... Cathode side gas flow path 43 ... Squeezing part 44 ... Upstream part 45 ... Main part 46 ... Cathode side non-flow path part 470 ... Fuel gas supply manifold 472 ... Fuel gas discharge manifold 480 ... Oxidating agent gas supply manifold 482 ... Oxidizing agent gas discharge manifold 490 ... Cooling medium supply manifold 492 ... Cooling medium discharge manifold 50 ... Power generation area

Claims (3)

膜電極接合体と前記膜電極接合体の両側に多孔質の拡散層用基材である一対のガス拡散層が配置されており、前記一対のガス拡散層の両側に配置される一対のセパレータと、を備えた燃料電池セルであって、
前記一対のセパレータには、厚み方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとが配置されており、
前記一対のセパレータのうち少なくとも一方のセパレータは、前記反応ガス供給マニホールドから前記反応ガス排出マニホールドに向かって反応ガスを通流させる複数本のガス流路が配置され、
前記複数本のガス流路において、隣り合うガス流路同士の間には、前記ガス拡散層に接触する複数の非流路部が設けられており、
前記非流路部は、前記複数本のガス流路に沿って連続的に設けられており、
前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部は、第1の流路断面積を有するガス流路と隣り合う絞り部と、第2の流路断面積を有するガス流路と隣り合い前記絞り部の上流に隣接して配置される上流部と、前記上流部の上流に隣接して配置される主要部と、を備え、
前記第1の流路断面積は、前記第2の流路断面積よりも小さく、
前記主要部と前記膜電極接合体との距離を第1の距離とすると、
前記絞り部と前記膜電極接合体との距離が前記第1の距離よりも短い第2の距離となるように形成され、
前記上流部と前記膜電極接合体との距離が前記第1の距離よりも長い第3の距離となるように形成されている、ことを特徴とする燃料電池セル。
A pair of gas diffusion layers, which are a porous base material for a diffusion layer, are arranged on both sides of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, and a pair of separators arranged on both sides of the pair of gas diffusion layers. A fuel cell with,
A reaction gas supply manifold and a reaction gas discharge manifold penetrating in the thickness direction are arranged in the pair of separators.
At least one of the pair of separators is provided with a plurality of gas flow paths for allowing the reaction gas to flow from the reaction gas supply manifold to the reaction gas discharge manifold.
In the plurality of gas flow paths, a plurality of non-channel portions that come into contact with the gas diffusion layer are provided between adjacent gas flow paths.
The non-flow path portion is continuously provided along the plurality of gas flow paths.
At least one non-flow path portion among the plurality of non-channel sections includes a throttle portion adjacent to a gas flow path having a first flow path cross section and a gas flow path having a second flow path cross section. Adjacent to each other, an upstream portion arranged adjacent to the upstream of the throttle portion and a main portion arranged adjacent to the upstream of the upstream portion are provided.
The first flow path cross section is smaller than the second flow path cross section.
Assuming that the distance between the main part and the membrane electrode assembly is the first distance,
It is formed so that the distance between the throttle portion and the membrane electrode assembly is a second distance shorter than the first distance.
A fuel cell cell characterized in that the distance between the upstream portion and the membrane electrode assembly is formed to be a third distance longer than the first distance.
前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部が、前記絞り部と前記上流部において、前記第2の距離および前記第3の距離を有する前記膜電極接合体と平行な面と、前記第2の距離または第3の距離まで連続的に高さが変化する前記膜電極接合体に対して垂直でない面とを有する、ことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池セル。 At least one non-flow path portion of the plurality of non-flow path portions is a surface parallel to the membrane electrode assembly having the second distance and the third distance in the throttle portion and the upstream portion. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell has a surface that is not perpendicular to the membrane electrode assembly whose height changes continuously up to the second distance or the third distance. .. 前記複数の非流路部のうち少なくとも1つの非流路部は、非流路部の前記膜電極接合体に対して垂直かつガスの通流方向に対して平行な平面における断面が、前記絞り部および前記上流部で円弧形状になっている、ことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池セル。 At least one of the plurality of non-flow passage portions has a cross section in a plane perpendicular to the membrane electrode assembly of the non-channel portion and parallel to the gas flow direction. The fuel cell according to claim 1, wherein the portion and the upstream portion have an arc shape.
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