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JP7732269B2 - Fuel cell unit structure - Google Patents
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JP7732269B2 - Fuel cell unit structure - Google Patents

Fuel cell unit structure

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JP7732269B2 JP2021129350A JP2021129350A JP7732269B2 JP 7732269 B2 JP7732269 B2 JP 7732269B2 JP 2021129350 A JP2021129350 A JP 2021129350A JP 2021129350 A JP2021129350 A JP 2021129350A JP 7732269 B2 JP7732269 B2 JP 7732269B2
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Description

本発明は、燃料電池のセルユニット構造に関する。 The present invention relates to a cell unit structure for a fuel cell.

燃料電池のアノード側では、反応ガスの濃度が下流へ流れるにしたがい水等の生成ガスが流路内に発生することにより低下するという問題がある。特許文献1には、セパレータ板と電極間に介在しセパレータ側を流れる流路と電極側を流れる流路を分離する流路板を少なくとも2個に分割し、ガス流れ方向に直交する方向にずらして設置し、上流のセパレータ側流路が下流の電極側流路に接続し、上流の電極側流路が下流のセパレータ側流路に接続するようにしたガス流路構造が開示されている。当該構造によれば、上流側の流路板に供給されるガスの半分は電気化学反応を生じる電極側の流路を流れ、残り半分は反応に関与しないセパレータ側の流路を流れる。そして、下流側の流路板に入ると、電極側の流路を流れたガスはセパレータ側の流路を流れ、セパレータ側の流路を流れたガスは電極側の流路を流れる。すなわち、下流側の流路板内における反応側の流路の反応ガス濃度の低下を抑制することができる。 On the anode side of a fuel cell, there is a problem in that the concentration of reactant gas decreases as it flows downstream due to the generation of product gases such as water in the flow channels. Patent Document 1 discloses a gas flow channel structure in which a flow channel plate, located between the separator plate and the electrode and separating the separator-side flow channel from the electrode-side flow channel, is divided into at least two pieces, which are offset in a direction perpendicular to the gas flow direction, with the upstream separator-side flow channel connected to the downstream electrode-side flow channel, and vice versa. With this structure, half of the gas supplied to the upstream flow channel plate flows through the electrode-side flow channel where the electrochemical reaction occurs, and the other half flows through the separator-side flow channel, which is not involved in the reaction. Then, upon entering the downstream flow channel plate, the gas that flowed through the electrode-side flow channel flows through the separator-side flow channel, and the gas that flowed through the separator-side flow channel flows through the electrode-side flow channel. In other words, a decrease in the reactant gas concentration in the reaction-side flow channel within the downstream flow channel plate can be suppressed.

特開平1-140560号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-140560

しかしながら、上記文献のように同形状の波形の流路板を1ピッチ分ずらして設置する構造では、下流側の流路板の、ガス流れ方向に直交する方向の一端部の電極側流路に、上流側で電極側を流れることで反応ガス濃度が低下したガスが流入することになる。つまり、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制するという観点から、改善の余地がある。 However, in a structure in which identically shaped corrugated flow path plates are installed offset by one pitch, as in the above document, gas whose reactant gas concentration has decreased due to flowing along the electrode side on the upstream side flows into the electrode-side flow path at one end of the downstream flow path plate in the direction perpendicular to the gas flow direction. In other words, there is room for improvement in terms of suppressing the decrease in reactant gas concentration on the downstream side.

そこで本発明では、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制する効果をより高めることを目的とする。 The present invention therefore aims to further enhance the effect of suppressing a decrease in reactant gas concentration downstream.

本発明のある態様によれば、アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材と、カソード極にカソードガスを供給する流路を形成するカソード流路部材と、を備える燃料電池のセルユニット構造が提供される。アノード流路部材またはカソード流路部材の少なくともいずれか一方は、仕切り部によって、隣接する流路を流れるガスが混合することのない複数の流路に仕切られ、複数の流路はそれぞれセルと接触する底面が開口している開口領域と開口していない閉口領域とを有する。複数の流路の少なくとも一部は上流側が開口領域、下流側が閉口領域となる第1パターン、残りの一部は上流側が閉口領域、下流側が開口領域となる第2パターンという2つの開口パターンを有する。仕切り部は、アノード流路部材またはカソード流路部材に成形された流路部材リブである。 According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell unit structure including an anode flow channel member that forms a flow channel for supplying anode gas to the anode electrode, and a cathode flow channel member that forms a flow channel for supplying cathode gas to the cathode electrode. At least one of the anode flow channel member or the cathode flow channel member is divided by a partition into multiple flow channels that prevent gases flowing through adjacent flow channels from mixing, and each of the multiple flow channels has an open region where the bottom surface that contacts the cell is open and a closed region that is not open. At least some of the multiple flow channels have two opening patterns: a first pattern in which the open region is on the upstream side and a closed region on the downstream side, and a second pattern in which the remaining portion has a closed region on the upstream side and an open region on the downstream side. The partition is a flow channel member rib molded on the anode flow channel member or the cathode flow channel member.

上記態様によれば、下流側における反応ガス濃度の低下を抑制する効果をより高めることができる。 This aspect further enhances the effect of suppressing a decrease in the reactant gas concentration downstream.

図1は、一般的な燃料電池の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a typical fuel cell. 図2は、反応ガス流路内の水素、酸素及び水の、ガス分圧と流路入口からの距離xとの関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the gas partial pressure of hydrogen, oxygen, and water in the reaction gas flow channel and the distance x from the flow channel inlet. 図3は、燃料電池の起電力と流路入口からの距離xとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the electromotive force of the fuel cell and the distance x from the flow channel inlet. 図4は、第1実施形態にかかるアノード流路部材の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the anode flow path member according to the first embodiment. 図5は、図4の領域IVの拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of region IV in FIG. 図6は、第1実施形態にかかる燃料電池スタックの、開口パターンが切り替わる位置よりも上流側における流路断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the flow passages of the fuel cell stack according to the first embodiment, taken upstream of the position where the opening pattern is switched. 図7は、アノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の平面図である。FIG. 7 is a plan view of the anode flow path member near the transition portion between the closed region and the open region. 図8は、図7のVIII-VIII線に沿った断面の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a cross section taken along line VIII-VIII in FIG. 図9は、第2実施形態にかかるアノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the vicinity of a transition portion between a closed region and an open region of an anode flow path member according to the second embodiment. 図10は、図7のVIII-VIII線に沿った流路断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the flow passage taken along line VIII-VIII in FIG. 図11は、第3実施形態にかかるアノード流路部材の閉口領域と開口領域との切り替え部付近の平面図である。FIG. 11 is a plan view of the vicinity of a transition portion between a closed region and an open region of an anode flow path member according to the third embodiment. 図12は、図11のXII-XII線に沿った断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 図13は、第3実施形態の変形例にかかるアノード流路の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of an anode flow channel according to a modification of the third embodiment. 図14は、第4実施形態にかかるセルユニットの分解斜視図である。FIG. 14 is an exploded perspective view of a cell unit according to the fourth embodiment. 図15は、第4実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of a flow path of a cell unit according to the fourth embodiment. 図16は、第5実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of a flow path of a cell unit according to the fifth embodiment. 図17は、第5実施形態にかかるセルユニットの、反応ガスが供給される流路入口付近の、開口領域の断面斜視図である。FIG. 17 is a cross-sectional perspective view of an opening region near the inlet of a flow channel through which a reactant gas is supplied, in a cell unit according to the fifth embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

[第1実施形態]
まず、一般的な固体酸化物形燃料電池(以下、単に「燃料電池ともいう」)の起電力について説明する。図1は、一般的な燃料電池の平面図である。反応領域ACTEには複数の反応ガス流路が設けられている。図示する通り、反応ガス流路の上流端(流路入口ともいう)を基点とし、流路入口からの距離をxとする。
[First embodiment]
First, the electromotive force of a typical solid oxide fuel cell (hereinafter simply referred to as a "fuel cell") will be described. Fig. 1 is a plan view of a typical fuel cell. A reaction region ACTE is provided with multiple reactant gas flow paths. As shown in the figure, the upstream end (also referred to as a flow path inlet) of a reactant gas flow path is taken as the base point, and the distance from the flow path inlet is taken as x.

図2は、反応ガス流路内の水素(H)、酸素(O)及び水(HO)のガス分圧(モル分率)と流路入口からの距離xとの関係を示す図である。図3は、燃料電池の起電力と流路入口からの距離xとの関係を示す図である。 Fig. 2 shows the relationship between the gas partial pressure (molar fraction) of hydrogen ( H2 ), oxygen ( O2 ), and water ( H2O ) in the reactant gas flow channel and the distance x from the flow channel inlet. Fig. 3 shows the relationship between the electromotive force of the fuel cell and the distance x from the flow channel inlet.

負荷電流を取り出していない場合の燃料電池の電池電圧(以下、理論起電力ともいう)は、最大電池電圧に相当する。この理論起電力は次式(1)で表される。
は標準起電力、ΔE、ΔEはそれぞれアノード、カソードにおける濃度補正項、F、R、T、Piはそれぞれファラデー定数、気体定数、温度、各ガスの分圧である。
The cell voltage of a fuel cell when no load current is being drawn (hereinafter also referred to as the theoretical electromotive force) corresponds to the maximum cell voltage. This theoretical electromotive force is expressed by the following equation (1).
E o is the standard electromotive force, ΔE a and ΔE c are concentration correction terms at the anode and cathode, respectively, and F, R, T and Pi are the Faraday constant, gas constant, temperature and partial pressure of each gas, respectively.

負荷電流を取り出した場合には、アノードではHが、カソードではOが、それぞれ反応に伴い消費されるので、図2に示す通り、入口からの距離xが大きくなるほど、H分圧及びO分圧が低下する。一方、反応に伴いアノードではHOが生成されるため、図2に示す通り、入口からの距離xが大きくなるほど、アノード流路内のHO分圧は上昇する。これを式(1)に当てはめると、アノード濃度補正項のPH2が減少し、かつPH2Oが増大することにより、アノードにおける濃度補正項ΔEaが減少することになる。カソードにおける濃度補正項ΔEについても同様である。ただし、固体酸化物形燃料電池の場合、空冷構造をとるため、カソードには反応に必要な量よりも多量の空気を流すので、カソードにおける濃度補正項ΔEcの低下量はアノードにおける濃度補正項ΔEaに比べて小さい。 When a load current is extracted, H2 is consumed at the anode and O2 at the cathode due to the reactions, respectively. Therefore, as shown in FIG. 2, the greater the distance x from the inlet, the lower the H2 partial pressure and O2 partial pressure. On the other hand, because H2O is produced at the anode due to the reactions, as shown in FIG. 2, the greater the distance x from the inlet, the higher the H2O partial pressure in the anode flow path. Applying this to equation (1), the anode concentration correction term P H2 decreases and P H2O increases, resulting in a decrease in the concentration correction term ΔEa at the anode. The same is true for the concentration correction term ΔEc at the cathode. However, in the case of a solid oxide fuel cell, due to its air-cooled structure, a larger amount of air than necessary for the reaction flows through the cathode, so the decrease in the concentration correction term ΔEc at the cathode is smaller than the concentration correction term ΔEa at the anode.

すなわち、一般的な燃料電池では、図3に示す通り、入口からの距離xが大きくなるほど(つまり下流になるほど)、起電力が低下することとなる。換言すると、一般的な燃料電池では反応が上流に偏り、反応領域の全面を有効に利用できていない。 In other words, in a typical fuel cell, as shown in Figure 3, the greater the distance x from the inlet (i.e., the further downstream), the lower the electromotive force. In other words, in a typical fuel cell, the reaction is biased upstream, and the entire reaction area is not effectively utilized.

そこで、本実施形態では反応領域を有効に活用するために、反応ガス流路を以下に説明する構成にする。 In this embodiment, therefore, in order to effectively utilize the reaction region, the reaction gas flow path is configured as described below.

図4は、アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材1の平面図である。図5は、図4の領域IVの拡大図である。 Figure 4 is a plan view of the anode flow path member 1, which forms a flow path that supplies anode gas to the anode electrode. Figure 5 is an enlarged view of region IV in Figure 4.

アノード流路部材1には、互いに平行な複数の流路2が設けられている。この流路2は仕切り部3により仕切られており、隣接する流路2を流れるガスが混合することはない。 The anode flow path member 1 has multiple flow paths 2 that are parallel to each other. These flow paths 2 are separated by partitions 3, so that gases flowing through adjacent flow paths 2 do not mix.

流路2は、それぞれ後述するセル5の反応面と接触する底面が開口している開口領域2Bと、開口していない閉口領域2Aとを有する。そして、上流側が開口領域2Bで下流側が閉口領域2Aとなる第1パターンと、上流側が閉口領域2Aで下流側が開口領域2Bとなる第2パターンの2つの開口パターンを有する。なお、図4と図5は第1パターンと第2パターンが交互に配置された構造を示しているが、これに限られるわけではない。例えば、2本の第1パターンの流路2を第1パターン群、2本の第2パターンの流路2を第2パターン群として、第1パターン群と第2パターン群とが交互に配置される構造であってもよい。ただし、複数の流路2のうち、少なくとも一部は第1パターンで、残りは第2パターンである必要がある。 The flow paths 2 each have an open region 2B, where the bottom surface that comes into contact with the reaction surface of the cell 5 (described below), is open, and a closed region 2A, where it is not open. The flow paths 2 have two opening patterns: a first pattern in which the open region 2B is on the upstream side and the closed region 2A is on the downstream side, and a second pattern in which the closed region 2A is on the upstream side and the open region 2B is on the downstream side. While Figures 4 and 5 show a structure in which the first and second patterns are alternately arranged, this is not limiting. For example, two flow paths 2 of the first pattern may be a first pattern group, and two flow paths 2 of the second pattern may be a second pattern group, where the first pattern group and the second pattern group are alternately arranged. However, at least some of the multiple flow paths 2 must be of the first pattern, and the rest must be of the second pattern.

図6は、上記のアノード流路部材1を用いた燃料電池スタックの、開口パターンが切り替わる位置よりも上流側における流路断面図である。なお、カソード流路部材9はアノード流路部材1と同様の構造である。 Figure 6 is a cross-sectional view of the flow path of a fuel cell stack using the above-mentioned anode flow path member 1, taken upstream of the position where the opening pattern changes. Note that the cathode flow path member 9 has the same structure as the anode flow path member 1.

セル5は、アノード極6とカソード極8が電解脂質層7を介して積層されたものである。アノード極6は、多孔質部材(例えば多孔質金属)で形成されたサポート層(図示せず)を有し、このサポート層がアノード流路部材1と接触する。カソード極8も同様に、カソード流路部材9と接触するサポート層を有する。燃料電池スタックは、アノード流路部材1とセル5とカソード流路部材9をこの順番で積層したものをセルユニットとし、セパレータ4を介して複数のセルユニットを積層したものである。 The cell 5 is formed by stacking an anode 6 and a cathode 8 with an electrolytic lipid layer 7 interposed between them. The anode 6 has a support layer (not shown) made of a porous material (e.g., porous metal), which contacts the anode flow path member 1. The cathode 8 similarly has a support layer in contact with the cathode flow path member 9. A fuel cell stack is formed by stacking an anode flow path member 1, a cell 5, and a cathode flow path member 9 in this order as a cell unit, and multiple cell units are stacked with separators 4 interposed between them.

図6に示す通り、アノード側の流路2において、閉口領域2AにはアノードガスAn(水素)が流れ、開口領域2BにはアノードガスAn及び反応により生成した水が流れる。
すなわち、閉口領域2Aを流れるアノードガスは反応に供されることなく流路2を流れる。一方、開口領域2Bを流れるアノードガスAnは反応に供されることによって消費され、当該反応によって水が生成するので、開口領域2BにはアノードガスAnと水が流れる。なお、アノード極6において反応が生じるのは、開口領域2Bに対向する部分だけではない。開口領域2Bを流れるアノードガスAnはサポート層内で拡散するので、閉口領域2Aと対向する部分でも反応が生じる。
As shown in FIG. 6, in the anode-side flow channel 2, the anode gas An (hydrogen) flows through the closed region 2A, and the anode gas An and water produced by reaction flow through the open region 2B.
That is, the anode gas flowing through the closed region 2A flows through the flow path 2 without being subjected to a reaction. On the other hand, the anode gas An flowing through the open region 2B is consumed by being subjected to a reaction, and water is produced by this reaction, so that the anode gas An and water flow through the open region 2B. Note that the reaction in the anode electrode 6 does not occur only in the portion facing the open region 2B. The anode gas An flowing through the open region 2B diffuses within the support layer, so the reaction also occurs in the portion facing the closed region 2A.

そして、図5に示した通り、上流側が開口領域2Bの流路2は下流側が閉口領域2Aとなっており、上流側が閉口領域2Aの流路2は下流側が開口領域2Bとなっている。したがって、上流側の開口領域2Bにおいて反応に供されることで濃度低下したアノードガスAn及び生成した水は、開口パターンが切り替わった下流側では反応に供されることなく流れる。一方、上流側で閉口領域2Aを流れたアノードガスAnは、高い濃度を保った状態で、開口パターンが切り替わった下流側では反応に供されることとなる。 As shown in Figure 5, a flow path 2 with an open region 2B on the upstream side has a closed region 2A on the downstream side, and a flow path 2 with a closed region 2A on the upstream side has an open region 2B on the downstream side. Therefore, the anode gas An and generated water, whose concentration has decreased due to being subjected to reaction in the upstream open region 2B, flow downstream where the opening pattern has changed without being subjected to reaction. On the other hand, the anode gas An that has flowed through the closed region 2A on the upstream side is subjected to reaction at a high concentration on the downstream side where the opening pattern has changed.

これにより、下流側にいくほど水素分圧が低下してしまい、セル5の全面を使い切れていないという問題を解消できる。また、各流路2は仕切り部3によって仕切られており、隣接する流路2を流れるガス同士が混合することはないので、開口領域2Bと閉口領域2Aとの切り替え部において、高濃度のアノードガスAnに低濃度のアノードガスAn及び水が混入することがない。 This eliminates the problem of hydrogen partial pressure decreasing downstream, resulting in underutilization of the entire surface of the cell 5. Furthermore, each flow path 2 is separated by a partition 3, preventing the gases flowing through adjacent flow paths 2 from mixing. This prevents the high-concentration anode gas An from being mixed with the low-concentration anode gas An and water at the transition between the open region 2B and the closed region 2A.

カソード側の流路2を流れるカソードガスCaについても上記のアノード側と同様である。ただし、上記の通り一般的な構成においてもカソードガスの濃度低下(分圧低下)の影響は小さいので、カソード側については一般的なものと同様の構成であってもよい。 The cathode gas Ca flowing through the cathode side flow path 2 is similar to the anode side described above. However, as the impact of a decrease in cathode gas concentration (decrease in partial pressure) is small even in the general configuration as described above, the cathode side may have the same configuration as a general one.

なお、セル5を介して対向するアノード流路部材1とカソード流路部材9については、図6に示す通り、それぞれの開口領域が対向しないように開口パターンを設定することが望ましい。これは、それぞれの開口領域が対向していると、対向している領域において反応が促進されてアノードガスAn及びカソードガスCaが消費されてしまい、サポート層内でガスが拡散しにくくなるからである。 As shown in Figure 6, it is desirable to set the opening pattern of the anode flow path member 1 and cathode flow path member 9, which face each other across the cell 5, so that their opening areas do not face each other. This is because if the opening areas face each other, reactions will be promoted in the facing areas, consuming the anode gas An and cathode gas Ca, and making it difficult for the gases to diffuse within the support layer.

また、図4では第1パターンと第2パターンのいずれも、閉口領域2Aと開口領域2Bの切り換え位置が流路2の流れ方向の略中央にあるが、これに限られるわけではない。例えば、第1パターンの開口領域2Bが流れ方向の略中央よりも下流側まで延び、第2パターンの開口領域2Bが流れ方向の略中央よりも上流側から始まる、という構成であってもよい。 In addition, in Figure 4, the switching position between the closed region 2A and the open region 2B is approximately at the center of the flow direction of the flow channel 2 in both the first and second patterns, but this is not limited to this. For example, the open region 2B of the first pattern may extend downstream from approximately the center in the flow direction, and the open region 2B of the second pattern may begin upstream from approximately the center in the flow direction.

以上のように本実施形態にかかる燃料電池のセルユニット構造は、アノード極6にアノードガスを供給する流路2を形成するアノード流路部材1と、カソード極8にカソードガスを供給する流路2を形成するカソード流路部材9と、を備える。アノード流路部材1またはカソード流路部材9の少なくともいずれか一方は、仕切り部3によって、隣接する流路2を流れるガスが混合することのない複数の流路2に仕切られ、複数の流路2はそれぞれセル5と接触する底面が開口している開口領域2Bと開口していない閉口領域2Aとを有する。複数の流路2の少なくとも一部は上流側が開口領域2B、下流側が閉口領域2Aとなる第1パターン、残りの一部は上流側が閉口領域2A、下流側が開口領域2Bとなる第2パターンという2つの開口パターンを有する。これにより、第1パターンの流路2はセル5の反応面の上流側に高濃度のガスを供給し、第2パターンの流路2はセル5の反応面の下流側に高濃度のガスを供給することとなるので、セル5の下流側における反応ガス濃度の低下を抑制することができる。 As described above, the cell unit structure of the fuel cell according to this embodiment comprises an anode flow path member 1 that forms a flow path 2 for supplying anode gas to the anode electrode 6, and a cathode flow path member 9 that forms a flow path 2 for supplying cathode gas to the cathode electrode 8. At least one of the anode flow path member 1 or the cathode flow path member 9 is divided by partitions 3 into multiple flow paths 2 that prevent gases flowing through adjacent flow paths 2 from mixing, and each of the multiple flow paths 2 has an open region 2B with an open bottom surface that contacts the cell 5, and a closed region 2A that is not open. At least some of the multiple flow paths 2 have two opening patterns: a first pattern in which the open region 2B is on the upstream side and the closed region 2A is on the downstream side, and the remaining portion has a second pattern in which the closed region 2A is on the upstream side and the open region 2B is on the downstream side. As a result, the flow path 2 of the first pattern supplies a high concentration gas to the upstream side of the reaction surface of the cell 5, and the flow path 2 of the second pattern supplies a high concentration gas to the downstream side of the reaction surface of the cell 5, thereby suppressing a decrease in the reaction gas concentration downstream of the cell 5.

本実施形態では、第1パターンの流路2と第2パターンの流路2がガスの流れ方向に直交する方向に交互に並ぶ。これにより、セル5の反応面全体を効率よく利用できる。 In this embodiment, the first pattern of flow channels 2 and the second pattern of flow channels 2 are arranged alternately in a direction perpendicular to the gas flow direction. This allows the entire reaction surface of the cell 5 to be used efficiently.

本実施形態では、アノード極6及びカソード極8は、それぞれアノード流路部材1及びカソード流路部材9との間に、多孔質部材で形成されたサポート層(多孔質支持層)を有する。これにより、開口領域2Bからセル5に供給された反応ガスがサポート層内で拡散し、閉口領域2Aと対向している反応面にも反応ガスが供給されるので、反応面全体を効率よく利用できる。 In this embodiment, the anode electrode 6 and the cathode electrode 8 have a support layer (porous support layer) formed of a porous material between the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9, respectively. This allows the reaction gas supplied to the cell 5 from the open region 2B to diffuse within the support layer, and the reaction gas is also supplied to the reaction surface facing the closed region 2A, allowing the entire reaction surface to be used efficiently.

[第2実施形態]
第2実施形態について図7から図10を参照して説明する。
[Second embodiment]
The second embodiment will be described with reference to FIGS.

図7は、本実施形態にかかるアノード流路部材1の閉口領域2Aと開口領域2Bとの切り替え部付近の平面図である。図8は、図7のVIII-VIII線に沿った断面の斜視図である。図9は、本実施形態にかかるアノード流路部材1の閉口領域2Aと開口領域2Bとの切り替え部付近の斜視図である。なお、図9において、セパレータ4については後述するセパレータリブ10のみを示し、その他の部分は省略している。図10は、図7のVIII-VIII線に沿った流路断面図である。また、図8から図10では、カソード流路部材9を省略している。本実施形態のカソード流路部材9は、第1実施形態と同じものでもよいし、第1実施形態のカソード流路部材9の仕切り部3をリブに置き換えたものでもよい。 Figure 7 is a plan view of the anode channel member 1 according to this embodiment, near the transition between the closed region 2A and the open region 2B. Figure 8 is a perspective view of a cross section taken along line VIII-VIII in Figure 7. Figure 9 is a perspective view of the anode channel member 1 according to this embodiment, near the transition between the closed region 2A and the open region 2B. Note that in Figure 9, only the separator rib 10 (described below) of the separator 4 is shown, and other parts are omitted. Figure 10 is a cross-sectional view of the channel taken along line VIII-VIII in Figure 7. Also, the cathode channel member 9 is omitted in Figures 8 to 10. The cathode channel member 9 of this embodiment may be the same as that of the first embodiment, or the partitions 3 of the cathode channel member 9 of the first embodiment may be replaced with ribs.

本実施形態のアノード流路部材1の仕切り部3は、プレス加工等によりガスの流路方向に沿って形成されたリブである(以下、リブ3ともいう)。また、リブ3は開口領域2Bと閉口領域2Aとの切り替え部付近で途切れており、上流側のリブ3の下流端には開口部3Bが設けられている。 The partition section 3 of the anode flow path member 1 in this embodiment is a rib (hereinafter also referred to as rib 3) formed along the gas flow path direction by press working or the like. The rib 3 is terminated near the transition between the open region 2B and the closed region 2A, and an opening 3B is provided at the downstream end of the upstream rib 3.

リブ3が途切れた部分の隙間は、セパレータ4に設けられたセパレータリブ10により塞がれている。セパレータリブ10は、セパレータ4からアノード流路部材1の方向に突出しており、第2パターン(上流側が閉口領域2Aで下流側が開口領域2B)の流路2において上流側のリブ3及び下流側のリブ3と接する。 Gaps where the ribs 3 end are filled by separator ribs 10 provided on the separator 4. The separator ribs 10 protrude from the separator 4 toward the anode flow path member 1 and contact the upstream ribs 3 and downstream ribs 3 in the flow path 2 of the second pattern (closed region 2A on the upstream side and open region 2B on the downstream side).

上記の構成では、開口部3Bがあることにより、上流側のリブ3の内部3Aも流路となる。そして、内部3Aを流れて開口部3Bから流路2へ流出したアノードガスAnは、開口領域2Bを流れてきたアノードガスAnとともに下流側の閉口領域2Aを流れる(図7の矢印を参照のこと)。すなわち、リブ3の内部3AにもアノードガスAnが流れるので、アノード極6の燃料が供給される面積(以下、燃料供給面積ともいう)をより大きくすることができる。また、リブ3の内部3Aを流れて低濃度になったアノードガスAnは開口部3Bを介して流路2に排出されるが、開口部3Bと下流側の開口領域2Bとの連通はセパレータリブ10により遮断されているので、低濃度のアノードガスAnが下流側の開口領域2Bに流入することはない。つまり、下流側の開口領域2Bを流れるアノードガスAnを高濃度に維持できる。 In the above configuration, the openings 3B allow the interior 3A of the upstream rib 3 to function as a flow path. The anode gas An that flows through the interior 3A and exits the openings 3B into the flow path 2 flows through the downstream closed region 2A along with the anode gas An that has flowed through the opening region 2B (see the arrows in Figure 7). This means that the anode gas An also flows through the interior 3A of the rib 3, further increasing the area to which fuel is supplied to the anode 6 (hereinafter also referred to as the fuel supply area). Furthermore, the anode gas An that has become low in concentration after flowing through the interior 3A of the rib 3 is discharged to the flow path 2 through the openings 3B. However, because the separator rib 10 blocks communication between the openings 3B and the downstream opening region 2B, the low-concentration anode gas An does not flow into the downstream opening region 2B. This means that the anode gas An flowing through the downstream opening region 2B can be maintained at a high concentration.

以上の通り本実施形態では、仕切り部3は、アノード流路部材1またはカソード流路部材9に成形されたリブ3(流路部材リブ)である。これにより、リブ3の内部にも反応ガスを流して、セル5の反応面の、サポート層を介さず直接的に燃料が供給される面積を拡大できる。 As described above, in this embodiment, the partitions 3 are ribs 3 (flow path member ribs) molded into the anode flow path member 1 or the cathode flow path member 9. This allows the reactant gas to flow inside the ribs 3 as well, expanding the area of the reaction surface of the cell 5 to which fuel is supplied directly without going through a support layer.

本実施形態では、リブ3は、開口領域2Bと閉口領域2Aとの切り替わり部で途切れており、上流側のリブ3の下流端は開口しており、下流側のリブ3の上流端は閉口している。これにより、上流側のリブ3の内部から反応ガスを排出できる。 In this embodiment, the ribs 3 are interrupted at the transition between the open region 2B and the closed region 2A, with the downstream end of the upstream rib 3 being open and the upstream end of the downstream rib 3 being closed. This allows the reaction gas to be discharged from inside the upstream rib 3.

本実施形態では、アノードガス流路とカソードガス流路を分離するセパレータ4をさらに備え、リブ3の途切れた部分は、セパレータ4に形成されたセパレータリブ10によって塞がれている。これにより、リブ3の内部から排出された低濃度の反応ガスが、下流側が開口領域2Bとなる隣接する流路2へ流入することを防止できる。 In this embodiment, a separator 4 is further provided to separate the anode gas flow path and the cathode gas flow path, and the interrupted portions of the rib 3 are blocked by separator ribs 10 formed on the separator 4. This prevents low-concentration reactant gas discharged from inside the rib 3 from flowing into the adjacent flow path 2, whose downstream side is the open region 2B.

[第3実施形態]
第3実施形態について図11及び図12を参照して説明する。
[Third embodiment]
The third embodiment will be described with reference to FIGS.

図11は本実施形態にかかるアノード流路部材1の閉口領域2Aと開口領域2Bとの切り替え部付近の平面図である。図12は、図11のXII-XII線に沿った断面図である。 Figure 11 is a plan view of the anode flow path member 1 according to this embodiment, near the transition between the closed region 2A and the open region 2B. Figure 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in Figure 11.

本実施形態と第2実施形態との第1の相違点は、流路2の流路幅である。ここでいう「流路幅」とは、セル5の面方向に沿い、かつガスの流れ方向に直交する方向の寸法である。本実施形態では、閉口領域2Aの流路幅が開口領域2Bの流路幅より小さい。 The first difference between this embodiment and the second embodiment is the channel width of the channel 2. Here, "channel width" refers to the dimension along the surface of the cell 5 and perpendicular to the gas flow direction. In this embodiment, the channel width of the closed region 2A is smaller than the channel width of the open region 2B.

第2の相違点は、セパレータリブ10の位置である。上記の通り閉口領域2Aと開口領域2Bの流路幅が異なるので、上流側と下流側でリブ3の位置がずれる。このため、セパレータリブ10は、上流側のリブ3に対しては開口領域2B側から、下流側のリブ3に対しては閉口領域2A側から接触するように設けられる。これにより、隣り合う流路2のガスが混合することを防止できる。 The second difference is the position of the separator ribs 10. As mentioned above, the flow path widths of the closed region 2A and the open region 2B are different, so the positions of the ribs 3 on the upstream and downstream sides are misaligned. For this reason, the separator ribs 10 are arranged so that they contact the upstream ribs 3 from the open region 2B side and the downstream ribs 3 from the closed region 2A side. This prevents gases from adjacent flow paths 2 from mixing.

第3の相違点は、リブ3の開口部3Bの位置である。第2実施形態の開口部3Bは上流側のリブ3の下流端に設けられている。これに対し本実施形態の開口部3Bは、上流側のリブ3の、下流端付近の開口領域2B側の側面と、下流側のリブ3の、上流端付近の開口領域2B側の側面に設けられている。 The third difference is the position of the openings 3B of the ribs 3. In the second embodiment, the openings 3B are located at the downstream end of the upstream rib 3. In contrast, in this embodiment, the openings 3B are located on the side of the upstream rib 3 near the downstream end, on the side of the opening region 2B near the downstream end, and on the side of the downstream rib 3 near the opening region 2B near the upstream end.

上記の構成により、下流側のリブ3の内部3Aにもガスが流れるので、アノード極6の燃料供給面積をより大きくできる。さらに、アノード極6に供給された燃料のサポート層内での移動距離(以下、拡散距離ともいう)が第1実施形態及び第2実施形態に比べて短いにもかかわらず、アノード極6のより広い範囲にアノードガスAnを供給できる(図12の矢印を参照のこと)。より具体的には、閉口領域2Aの下方部分にアノードガスAnが供給され易くなる。 With the above configuration, gas also flows inside the downstream rib 3 (3A), thereby increasing the fuel supply area of the anode 6. Furthermore, even though the travel distance (hereinafter also referred to as the diffusion distance) of the fuel supplied to the anode 6 within the support layer is shorter than in the first and second embodiments, the anode gas An can be supplied to a wider area of the anode 6 (see the arrows in Figure 12). More specifically, the anode gas An is more easily supplied to the lower portion of the closed region 2A.

以上のように本実施形態では、開口領域2Bは閉口領域2Aに比べて流路幅が狭い。これにより、開口領域2Bから供給された反応ガスがサポート層を介してセル5の閉口領域2Aと対向する部位まで拡散する際の移動距離を短くできるので、セル5の反応面全体をより効率よく利用できる。 As described above, in this embodiment, the open region 2B has a narrower flow path width than the closed region 2A. This shortens the travel distance of the reaction gas supplied from the open region 2B as it diffuses through the support layer to the part of the cell 5 facing the closed region 2A, allowing for more efficient use of the entire reaction surface of the cell 5.

本実施形態では、リブ3は、開口領域2B側の側面に開口部3B(貫通孔)を有する。これにより、開口領域2Bの流路2からリブ3の内部へ直接的に反応ガスを供給できる。 In this embodiment, the rib 3 has an opening 3B (through hole) on the side surface on the opening region 2B side. This allows the reactant gas to be supplied directly from the flow path 2 in the opening region 2B to the inside of the rib 3.

[変形例]
ここで、第3実施形態の変形例について説明する。この変形例も第3実施形態と同様に本発明の範囲に属する。図13は、変形例にかかるアノード流路の断面図である。図12との相違点は、開口領域2Bの流路高H1が閉口領域2Aの流路高H2に比べて低いことである。ここでの「流路高」とは、ガスの流れ方向及びセル5の面方向に直交する方向の寸法である。この流路高の違いは、セパレータ4の形状により実現する。
[Variations]
Here, a modification of the third embodiment will be described. Like the third embodiment, this modification also falls within the scope of the present invention. FIG. 13 is a cross-sectional view of an anode flow channel according to the modification. The difference from FIG. 12 is that the flow channel height H1 of the open region 2B is lower than the flow channel height H2 of the closed region 2A. Here, the "flow channel height" refers to the dimension in the direction perpendicular to the gas flow direction and the surface direction of the cells 5. This difference in flow channel height is achieved by the shape of the separator 4.

上記のように流路高を異ならせるのは、開口領域2Bは流路幅を広げた分、流路高を低くし、閉口領域2Aは流路幅を狭めた分、流路高を高くすることで、開口領域2Bと閉口領域2Aの流路断面積を近づけるためである。すなわち、開口領域2B(リブ3内も含む)と閉口領域2Aの流路断面積が等しくなるように、それぞれの流路幅及び流路高を設定することが望ましい。 The reason for making the flow channel heights different as described above is to make the flow channel cross-sectional areas of the opening region 2B and the closed region 2A closer by lowering the flow channel height in proportion to the wider flow channel width in the opening region 2B and increasing the flow channel height in proportion to the narrower flow channel width in the closed region 2A. In other words, it is desirable to set the flow channel width and flow channel height of each so that the flow channel cross-sectional areas of the opening region 2B (including the inside of the rib 3) and the closed region 2A are equal.

両者の流路断面積を等しくすることで圧力損失が等しくなるので、第1パターンの流路2と第2パターンの流路2のガス流量を均等にできる。これにより、第1パターンの流路2及び第2パターンの流路2のいずれにおいても、流れるアノードガスAnの過不足を抑制できる。 By making the cross-sectional area of both flow paths equal, the pressure loss is equalized, making it possible to equalize the gas flow rates of the first pattern flow paths 2 and the second pattern flow paths 2. This makes it possible to prevent excess or deficiency of the anode gas An flowing through either the first pattern flow paths 2 or the second pattern flow paths 2.

以上のように本変形例では、閉口領域2Aは、開口領域2Bに比べて流路高さが高い。これにより、流路高さが等しい場合に比べて、開口領域2Bと閉口領域2Aとの圧力損失の差が小さくなるので、第1パターンの流路2及び第2パターンの流路2のいずれにおいても、流れるアノードガスAnの過不足を抑制できる。 As described above, in this modified example, the closed region 2A has a higher flow path height than the open region 2B. This reduces the difference in pressure loss between the open region 2B and the closed region 2A compared to when the flow path heights are the same, thereby preventing excess or deficiency of the anode gas An flowing in either the first pattern of flow paths 2 or the second pattern of flow paths 2.

[第4実施形態]
第4実施形態について図14及び図15を参照して説明する。図14は、本実施形態にかかるセルユニットの分解斜視図である。図15は、本実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment will be described with reference to Figures 14 and 15. Figure 14 is an exploded perspective view of a cell unit according to this embodiment. Figure 15 is a cross-sectional view of the flow channels of the cell unit according to this embodiment.

上述した各実施形態及び変形例では、セルユニットはセル5とアノード流路部材1とカソード流路部材9とセパレータ4とで構成されていた。これに対し本実施形態のセルユニットは、図14に示す通り、セル5とアノード流路部材1とカソード流路部材9とで構成される。 In the above-described embodiments and modifications, the cell unit was composed of a cell 5, an anode flow path member 1, a cathode flow path member 9, and a separator 4. In contrast, the cell unit of this embodiment is composed of a cell 5, an anode flow path member 1, and a cathode flow path member 9, as shown in Figure 14.

アノード流路部材1及びカソード流路部材9は、いずれも平板にプレス加工などによりガスの流れ方向に沿ったリブ3An、3Caを設けた形状を有する。開口領域2Bはアノード流路部材1にのみ設けられている。カソード流路部材9のリブ3Caの側面には、リブ3Caの内外を連通する連通孔が設けられている。 The anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9 each have a flat plate shape with ribs 3An and 3Ca formed along the gas flow direction by pressing or other methods. The open area 2B is only provided on the anode flow path member 1. The side surface of the rib 3Ca of the cathode flow path member 9 has a communication hole that connects the inside and outside of the rib 3Ca.

図15に示す通り、アノード流路部材1の閉口領域2Aの底面となる部分がアノード極6のサポート層に溶接され(図15の溶接部11)、カソード流路部材9のリブ3Caがカソード極8のサポート層に溶接され(図15の溶接部12)、これによりセルユニットが構成される。溶接部11、12は、ガスの流れ方向に沿って各部材の接触部の上流端から下流端まで延びる。 As shown in Figure 15, the bottom surface of the closed region 2A of the anode flow path member 1 is welded to the support layer of the anode electrode 6 (weld 11 in Figure 15), and the rib 3Ca of the cathode flow path member 9 is welded to the support layer of the cathode electrode 8 (weld 12 in Figure 15), thereby forming a cell unit. Welds 11 and 12 extend from the upstream end to the downstream end of the contact point between each member along the gas flow direction.

積層方向に隣接するセルユニットは、アノード流路部材1のリブ3Anがカソード流路部材9のリブ3Caの下面開口部を塞ぐように配置された状態で、アノード流路部材1とカソード流路部材9との接触部をロウ付け等により接合(図15の接合部13)することで接続される。接合部13は、アノード流路部材1とカソード流路部材9との接触部の全域にわたって設けられる。 Adjacent cell units in the stacking direction are connected by joining the contact areas between the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9 by brazing or the like (joints 13 in Figure 15), with the ribs 3An of the anode flow path member 1 positioned to block the underside openings of the ribs 3Ca of the cathode flow path member 9. The joints 13 are provided over the entire contact area between the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9.

上記の通りセルユニットを積層することで、アノード流路部材1とカソード流路部材9との間にアノードガスAnの流路が形成され、カソード極8とカソード流路部材9との間にカソードガスCaの流路が形成される。なお、カソード流路部材9のリブ3Caは上述した連通孔を有するため、リブ3Caの内部もカソードガスCaの流路となる。また、アノード流路部材1のリブ3Anの上流端を開放することで、リブ3An内もアノードガスAnの流路となる。 By stacking the cell units as described above, a flow path for anode gas An is formed between the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9, and a flow path for cathode gas Ca is formed between the cathode electrode 8 and the cathode flow path member 9. Since the ribs 3Ca of the cathode flow path member 9 have the aforementioned communication holes, the interior of the ribs 3Ca also serves as a flow path for cathode gas Ca. Furthermore, by opening the upstream ends of the ribs 3An of the anode flow path member 1, the interior of the ribs 3An also serves as a flow path for anode gas An.

上記の構成によれば、セパレータ4を用いることなく、互いに分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とを形成することができる。 With the above configuration, it is possible to form anode gas flow paths and cathode gas flow paths that are separated from each other without using a separator 4.

以上のように本実施形態では、閉口領域2Aがアノード流路部材1にのみ設けられ、アノード流路部材1とカソード流路部材9とが接合されることで、隣り合うセル5の間にそれぞれ分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とが形成されている。これにより、セルユニットを構成する部品点数が減るので、コストを低減できる。 As described above, in this embodiment, the closed region 2A is provided only in the anode flow path member 1, and the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9 are joined together to form separate anode gas flow paths and cathode gas flow paths between adjacent cells 5. This reduces the number of parts that make up the cell unit, thereby reducing costs.

[第5実施形態]
第5実施形態について図16、図17を参照して説明する。図16は、本実施形態にかかるセルユニットの流路断面図である。図17は、本実施形態にかかるセルユニットの、反応ガスが供給される流路入口付近の、開口領域2Bの断面斜視図である。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment will be described with reference to Figures 16 and 17. Figure 16 is a cross-sectional view of the flow path of a cell unit according to this embodiment. Figure 17 is a cross-sectional perspective view of an opening region 2B near the flow path inlet through which reactant gas is supplied in the cell unit according to this embodiment.

本実施形態も第4実施形態と同様に、セパレータ4を用いずにアノード流路部材1とカソード流路部材9とを接合する構造である。ただし、本実施形態のアノード流路部材1は平板である。 Like the fourth embodiment, this embodiment also has a structure in which the anode flow path member 1 and the cathode flow path member 9 are joined together without using a separator 4. However, the anode flow path member 1 in this embodiment is a flat plate.

また、アノードガスAnの流路を形成するリブ3Anが、カソード流路部材9に設けられている。より具体的には、カソードガスCaの流路を形成するリブ3Caの、アノード流路部材1と接する部分(底部ともいう)に、リブ3Caの凸方向とは反対方向に凸なリブ3Anが設けられている。リブ3Caの流路入口側の端部には、リブ3Caの内外を連通する開口部15が設けられている。なお、図17においてカソード極8のアノード流路部材1側の面に取り付けられて部材14は、セル5の周縁を囲むよう配置されるセルサポート部材である。 In addition, ribs 3An that form a flow path for anode gas An are provided on the cathode flow path member 9. More specifically, ribs 3An that convex in the opposite direction to the convex direction of rib 3Ca are provided on the portion (also referred to as the bottom) of rib 3Ca that forms the flow path for cathode gas Ca that contacts the anode flow path member 1. An opening 15 that connects the inside and outside of rib 3Ca is provided at the end of rib 3Ca on the flow path inlet side. Note that in Figure 17, member 14 attached to the surface of cathode electrode 8 facing the anode flow path member 1 is a cell support member that is arranged to surround the periphery of cell 5.

これにより、第4実施形態と同様に、カソード極8とカソード流路部材9との間にカソードガスCaの流路が形成され、アノード流路部材1とカソード流路部材9との間にアノードガスAnの流路が形成される。そして、セルユニットに供給されたカソードガスCaは、開口部15を通ってリブ3Caの内側(つまりカソード流路)に流入し、アノードガスAnはアノード流路部材1と部材14との隙間を通ってリブ3Anの内側(つまりアノード流路)に流入する。なお、図17は開口領域2Bについて示しているが、閉口領域2Aの場合には、アノード流路部材1と部材14との隙間とリブ3Anの内側とを連通する連通孔がアノード流路部材1に設けられている。これによりアノードガスAnはアノード流路部材1とリブ3Anとで囲まれた閉口領域2Aに流入する。 As a result, similar to the fourth embodiment, a flow path for cathode gas Ca is formed between the cathode 8 and cathode flow path member 9, and a flow path for anode gas An is formed between the anode flow path member 1 and cathode flow path member 9. Cathode gas Ca supplied to the cell unit flows through the opening 15 into the inside of rib 3Ca (i.e., the cathode flow path), and anode gas An flows through the gap between anode flow path member 1 and member 14 into the inside of rib 3An (i.e., the anode flow path). Note that while Figure 17 shows the open region 2B, in the case of the closed region 2A, a communication hole is provided in the anode flow path member 1 that connects the gap between the anode flow path member 1 and member 14 with the inside of rib 3An. As a result, anode gas An flows into the closed region 2A surrounded by the anode flow path member 1 and rib 3An.

以上のように本実施形態では、アノード流路部材1は平板であり、カソード流路部材9にアノードガス流路を形成するリブ3An及びカソードガス流路を形成するリブ3Caが形成されている。これにより、セルユニットを構成する部品点数が減ることに加えて、アノード流路部材1の加工が容易になるので、コストをさらに低減できる。 As described above, in this embodiment, the anode flow path member 1 is a flat plate, and the cathode flow path member 9 is formed with ribs 3An that form the anode gas flow path and ribs 3Ca that form the cathode gas flow path. This not only reduces the number of parts that make up the cell unit, but also makes it easier to process the anode flow path member 1, further reducing costs.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical concept described in the claims.

1 アノード流路部材、 2 流路、 2A 閉口領域、 2B 開口領域、 3 仕切り部(リブ)、 4 セパレータ、 5 セル、 6 アノード極、 7 電解質層、 8 カソード極、 9 カソード流路部材 1. Anode flow path member, 2. Flow path, 2A. Closed region, 2B. Open region, 3. Partition (rib), 4. Separator, 5. Cell, 6. Anode electrode, 7. Electrolyte layer, 8. Cathode electrode, 9. Cathode flow path member

Claims (10)

アノード極にアノードガスを供給する流路を形成するアノード流路部材と、
カソード極にカソードガスを供給する流路を形成するカソード流路部材と、
を備える燃料電池のセルユニット構造において、
前記アノード流路部材または前記カソード流路部材の少なくともいずれか一方は、仕切り部によって、隣接する流路を流れるガスが混合することのない複数の流路に仕切られ、前記複数の流路はそれぞれセルと接触する底面が開口している開口領域と開口していない閉口領域とを有し、
前記複数の流路の少なくとも一部は上流側が前記開口領域、下流側が前記閉口領域となる第1パターン、残りの一部は上流側が前記閉口領域、下流側が前記開口領域となる第2パターンという2つの開口パターンを有し、
前記仕切り部は、前記アノード流路部材または前記カソード流路部材に成形された流路部材リブであることを特徴とする燃料電池のセルユニット構造。
an anode flow path member that forms a flow path for supplying an anode gas to the anode;
a cathode flow path member that forms a flow path for supplying a cathode gas to the cathode;
In a fuel cell unit structure comprising:
at least one of the anode flow path member and the cathode flow path member is partitioned by a partition portion into a plurality of flow paths in which gases flowing through adjacent flow paths do not mix, and each of the plurality of flow paths has an open region whose bottom surface in contact with the cell is open and a closed region whose bottom surface is not open;
At least some of the plurality of flow paths have two opening patterns: a first pattern in which the open region is located on an upstream side and the closed region is located on a downstream side; and the remaining part of the flow paths have a second pattern in which the closed region is located on an upstream side and the open region is located on a downstream side.
The cell unit structure of a fuel cell , wherein the partition portion is a flow path member rib formed on the anode flow path member or the cathode flow path member .
請求項1に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記第1パターンの流路と前記第2パターンの流路が前記ガスの流れ方向に直交する方向に交互に並ぶ、燃料電池のセルユニット構造。
2. The fuel cell unit structure according to claim 1,
A cell unit structure of a fuel cell, in which the flow channels of the first pattern and the flow channels of the second pattern are alternately arranged in a direction perpendicular to the gas flow direction.
請求項2に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記流路部材リブは、前記開口領域と前記閉口領域との切り替わり部で途切れており、
上流側の前記流路部材リブの下流端は開口しており、下流側の前記流路部材リブの上流端は閉口している、燃料電池のセルユニット構造。
3. The fuel cell unit structure according to claim 2 ,
the flow path member rib is interrupted at a transition portion between the open region and the closed region,
A cell unit structure of a fuel cell, wherein the downstream end of the flow path member rib on the upstream side is open, and the upstream end of the flow path member rib on the downstream side is closed.
請求項3に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
アノードガス流路とカソードガス流路を分離するセパレータをさらに備え、
前記流路部材リブの途切れた部分は、前記セパレータに形成されたセパレータリブによって塞がれている、燃料電池のセルユニット構造。
4. The fuel cell unit structure according to claim 3 ,
Further provided is a separator that separates the anode gas flow path and the cathode gas flow path,
A cell unit structure of a fuel cell, wherein the interrupted portions of the flow path member ribs are closed by separator ribs formed on the separators.
請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記開口領域は前記閉口領域に比べて流路幅が狭い、燃料電池のセルユニット構造。
5. The fuel cell unit structure according to claim 1 ,
The open region has a narrower flow path width than the closed region.
請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記流路部材リブは、前記開口領域側の側面に貫通孔を有する、燃料電池のセルユニット構造。
5. The fuel cell unit structure according to claim 1 ,
The flow path member rib has a through hole on the side surface on the opening region side.
請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記アノード極及び前記カソード極は、それぞれ前記アノード流路部材及び前記カソード流路部材との間に、多孔質支持層を有する、燃料電池のセルユニット構造。
7. The fuel cell unit structure according to claim 1 ,
The anode and cathode have a porous support layer between the anode flow path member and the cathode flow path member, respectively.
請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記閉口領域は、前記開口領域に比べて流路高さが高い、燃料電池のセルユニット構造。
The fuel cell unit structure according to any one of claims 1 to 7 ,
A cell unit structure of a fuel cell, wherein the closed region has a flow path height greater than that of the open region.
請求項1または2に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記閉口領域が前記アノード流路部材にのみ設けられ、
前記アノード流路部材と前記カソード流路部材とが接合されることで、隣り合うセルの間にそれぞれ分離されたアノードガス流路とカソードガス流路とが形成されている、燃料電池のセルユニット構造。
3. The fuel cell unit structure according to claim 1 ,
the closed region is provided only in the anode flow path member,
A cell unit structure of a fuel cell, in which the anode flow path member and the cathode flow path member are joined together to form an anode gas flow path and a cathode gas flow path that are separated from each other between adjacent cells.
請求項9に記載の燃料電池のセルユニット構造において、
前記アノード流路部材は平板であり、前記カソード流路部材に前記アノードガス流路を形成するリブ及びカソードガス流路を形成するリブが形成されている、燃料電池のセルユニット構造。
10. The fuel cell unit structure according to claim 9 ,
A cell unit structure of a fuel cell, wherein the anode flow path member is a flat plate, and the cathode flow path member is provided with ribs that form the anode gas flow path and ribs that form the cathode gas flow path.
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