JP7808969B2 - Separator and water electrolysis device - Google Patents
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Description
本発明は、セパレータ、及び、このセパレータを用いた水電解デバイスに関する。 The present invention relates to a separator and a water electrolysis device using this separator.
近年、クリーンエネルギーの活用として、水素を生成する水電解デバイスや、水素を用いて発電する燃料電池デバイスが注目されている。再生可能エネルギーから得た電力により水電解デバイスで水素を生成して貯留し、必要に応じて水素を用いて燃料電池で発電することにより、安定しない再生可能エネルギーによる場合でも、継続的に電力を供給することができる。 In recent years, water electrolysis devices that generate hydrogen and fuel cell devices that use hydrogen to generate electricity have been attracting attention as ways to utilize clean energy. By generating and storing hydrogen in a water electrolysis device using electricity obtained from renewable energy, and then using the hydrogen to generate electricity in a fuel cell as needed, it is possible to provide a continuous supply of electricity even when renewable energy sources are unstable.
このような、水電解デバイスや燃料電池デバイスについては、セルスタックの構成についても開発が行われており、電解質膜、アノード、カソード、セパレータを含むセル構造についても、様々な技術が提案されている。(例えば特許文献1参照)。 For such water electrolysis devices and fuel cell devices, development is also underway regarding the cell stack configuration, and various technologies have been proposed for the cell structure, including the electrolyte membrane, anode, cathode, and separator (see, for example, Patent Document 1).
このような、水電解デバイスや燃料電池デバイスにおいては、水やガスなどの流体を供給したり拡散させたりする流路を構成するためにセパレータが用いられる。当該セパレータにより、水やガスなどの流体の供給、拡散が良好に行われると発電効率や水電解効率が向上するため、セパレータ流路の改良が求められている。 In such water electrolysis devices and fuel cell devices, separators are used to form flow paths that supply and diffuse fluids such as water and gas. If the separator can efficiently supply and diffuse fluids such as water and gas, power generation efficiency and water electrolysis efficiency will improve, so there is a demand for improvements in separator flow paths.
本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、水やガスなどの流体の供給、拡散を良好に行うことができるセパレータ、及び、このセパレータを用いた水電解デバイスを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above, and aims to provide a separator that can efficiently supply and diffuse fluids such as water and gas, and a water electrolysis device that uses this separator.
請求項1に係るセパレータは、導電性を有する板状のセパレータ本体と、前記セパレータ本体の一端部に前記セパレータ本体を貫通して形成された流体供給口と、前記セパレータ部材の他端部に前記セパレータ本体を貫通して形成された流体排出口と、前記流体供給口と前記流体排出口の間に前記セパレータ本体と一体的に形成され、流体を通過させる流路領域と、前記流路領域において、前記流体供給口に隣接する流路一端部及び前記流体排出口に隣接する流路他端部に形成され、前記流体供給口からの流体供給方向の流路抵抗を前記流体供給口と直交する方向の流路抵抗よりも大きくする抵抗大流路部と、前記流路領域において、前記流体供給口及び前記流体排出口と非隣接の位置、且つ前記流体供給方向と直交する方向で前記抵抗大流路部と隣接するように形成され、前記流体供給方向の流路抵抗が前記抵抗大流路部よりも小さい抵抗小流路部と、を備えている。 a fluid supply port formed at one end of the separator body so as to penetrate the separator body; a fluid discharge port formed at the other end of the separator body so as to penetrate the separator body; a flow path region formed integrally with the separator body between the fluid supply port and the fluid discharge port and allowing a fluid to pass; high resistance flow path sections formed in the flow path region at one end of the flow path adjacent to the fluid supply port and at the other end of the flow path adjacent to the fluid discharge port, the high resistance flow path sections making the flow path resistance in the fluid supply direction from the fluid supply port greater than the flow path resistance in a direction perpendicular to the fluid supply port; and a small resistance flow path section formed in the flow path region at a position not adjacent to the fluid supply port or the fluid discharge port and adjacent to the high resistance flow path section in the direction perpendicular to the fluid supply direction, the small resistance flow path section having a flow path resistance in the fluid supply direction smaller than that of the high resistance flow path section.
請求項1に係るセパレータは、セパレータ本体と一体的に、流体供給口と流体排出口の間に、流体を通過させる流路領域が形成されている。流路領域には、流体供給口と流体排出口に隣接して、抵抗大流路部が形成され、流体供給口と流体排出口に非隣接の位置に抵抗小流路部が形成されている。抵抗大流路部は、流体供給方向の流路抵抗が、この方向と直交する方向よりも大きい。したがって、流体供給口から供給された液体やガスなどの流体は、流体排出口へ直線的に流れにくくなり、抵抗小流路部へ流れやすくなる。これにより、流体供給口から供給された流体が直線的に流体排出口へ流れることが抑制され、セパレータの流体供給口及び流体排出口から遠い部分へ拡散させ流体を流すことができ、流体の供給、拡散を良好に行うことができる。 The separator according to claim 1 has a flow path region formed integrally with the separator body between the fluid supply port and the fluid discharge port, through which fluid passes. In the flow path region, a high-resistance flow path section is formed adjacent to the fluid supply port and the fluid discharge port, and a low-resistance flow path section is formed in a position not adjacent to the fluid supply port and the fluid discharge port. The high-resistance flow path section has a higher flow path resistance in the fluid supply direction than in a direction perpendicular to this direction. Therefore, fluids such as liquids and gases supplied from the fluid supply port are less likely to flow linearly to the fluid discharge port and more likely to flow to the low-resistance flow path section. This prevents the fluid supplied from the fluid supply port from flowing linearly to the fluid discharge port, allowing the fluid to diffuse to portions of the separator far from the fluid supply port and fluid discharge port, thereby enabling efficient fluid supply and diffusion.
請求項2に係るセパレータは、前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部が、前記セパレータ本体の一方面の凹状が他方面で凸状となる凹凸パターンで形成されている。 In the separator according to claim 2, the large resistance flow path section and the small resistance flow path section are formed in an uneven pattern in which concaves on one side of the separator body become convex on the other side.
請求項2に係るセパレータによれば、比較的厚みの薄い板に容易に流路を形成することができる。 The separator according to claim 2 makes it easy to form flow paths in a relatively thin plate.
請求項3に係るセパレータは、前記流体供給口と前記流路領域の間に前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部と隣接して形成され、流体を前記流路領域へ送り出す供給ヘッダと、前記流体排出口と前記流路領域の間に前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部と隣接して形成され、流体を前記流路領域から排出させる排出ヘッダと、を備えている。 The separator according to claim 3 includes a supply header formed adjacent to the high resistance flow path section and the low resistance flow path section between the fluid supply port and the flow path region, for sending fluid to the flow path region, and a discharge header formed adjacent to the high resistance flow path section and the low resistance flow path section between the fluid discharge port and the flow path region, for discharging fluid from the flow path region.
請求項3に係るセパレータによれば、供給ヘッダから抵抗大流路部及び抵抗小流路部の両方へ流体を送り出すことができ、流体供給口と隣接しない領域へスムーズに流体を拡散させることができる。また、排出ヘッダで流路領域からスムーズに流体を排出させることができる。 The separator according to claim 3 allows fluid to be delivered from the supply header to both the high resistance flow path section and the low resistance flow path section, allowing the fluid to be smoothly dispersed to areas not adjacent to the fluid supply port. Furthermore, the discharge header allows the fluid to be smoothly discharged from the flow path area.
請求項4に係るセパレータは、前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部は、厚み方向からみて、基準部と、前記基準部よりも一方面側に凹となる第1凹部と、前記基準部よりも他方面側に凹となる第2凹部と、を有し、前記基準部に前記流体供給口及び前記流体排出口が形成されている。 In the separator according to claim 4, the high-resistance flow path section and the low-resistance flow path section have, when viewed in the thickness direction, a reference section, a first recess that is recessed on one side of the reference section, and a second recess that is recessed on the other side of the reference section, and the fluid supply port and the fluid discharge port are formed in the reference section.
請求項4に係るセパレータによれば、一つのセパレータの一方面と他方面の両面において、流体供給口及び流体排出口を凹凸パターンの凹と容易に連通させることができる。 According to the separator of claim 4, the fluid supply port and fluid discharge port can be easily connected to the recesses of the concave-convex pattern on both one side and the other side of a single separator.
請求項5に係るセパレータは、前記供給ヘッダ及び前記排出ヘッダは、厚み方向からみて、前記基準部と面一に形成されている。 In the separator according to claim 5, the supply header and the discharge header are formed flush with the reference portion when viewed in the thickness direction.
請求項5に係るセパレータによれば、供給ヘッダ及び排出ヘッダを容易に形成することができる。 The separator according to claim 5 makes it easy to form supply and discharge headers.
請求項6に係るセパレータは、前記セパレータ本体の板面の一方面と他方面の両面に前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部が形成されている。 In the separator according to claim 6, the large resistance flow path section and the small resistance flow path section are formed on both one and the other of the plate surfaces of the separator body.
請求項6に係るセパレータによれば、一つのセパレータの一方面と他方面に、別々の流体を流す流路を形成することができる。 The separator according to claim 6 allows for the formation of flow channels for different fluids on one side and the other side of a single separator.
請求項7に係るセパレータは、前記抵抗大流路部は、前記流体供給方向と交差する方向に延出される凹状で形成され、前記抵抗小流路部は、前記抵抗大流路部の延出方向と直交する方向に延出される凹状で形成されている。 In the separator according to claim 7, the large resistance flow path section is formed as a recess extending in a direction intersecting the fluid supply direction, and the small resistance flow path section is formed as a recess extending in a direction perpendicular to the extension direction of the large resistance flow path section.
請求項7に係るセパレータによれば、凹状を流体供給方向と交差する方向に延出させることにより、簡易に流体供給方向と異なる方向へ流体を流れやすくすることができる。 According to the separator of claim 7, by extending the recess in a direction intersecting the fluid supply direction, it is possible to easily allow the fluid to flow in a direction different from the fluid supply direction.
請求項8に係るセパレータは、前記抵抗小流路部は、前記抵抗大流路部よりも前記流体供給方向と交差する方向に短尺の凹状とされている。 In the separator according to claim 8, the small resistance flow path section is concave and shorter in the direction intersecting the fluid supply direction than the large resistance flow path section.
請求項8に係るセパレータによれば、凹状を抵抗大流路部よりも短尺とすることにより、簡易に抵抗大流路部よりも流路抵抗が小さい抵抗小流路部を形成することができる。 According to the separator of claim 8, by making the recess shorter than the high-resistance flow path portion, it is possible to easily form a low-resistance flow path portion with lower flow path resistance than the high-resistance flow path portion.
請求項9に係る水電解デバイスは、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のセパレータを備えている。 The water electrolysis device according to claim 9 includes the separator according to any one of claims 1 to 8.
請求項9に係る水電解デバイスによれば、セパレータにより、水やガスなどの流体の供給、拡散が良好に行われるので、水電解効率を向上させることができる。 In the water electrolysis device of claim 9, the separator allows for good supply and diffusion of fluids such as water and gas, thereby improving water electrolysis efficiency.
本発明に係るセパレータによれば、水やガスなどの流体の供給、拡散を良好に行うことができる。 The separator according to the present invention allows for good supply and diffusion of fluids such as water and gas.
<第1実施形態>
本発明の水電解デバイスの第1実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態では、固体高分子電解質膜型(PEM)の水電解装置10Aを例に説明する。図1には、水電解装置10Aのセル20のセパレータ26の平面図が示され、図2、3には、セル20の一部概略断面が示されている。
First Embodiment
A first embodiment of a water electrolysis device of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a polymer electrolyte membrane (PEM) water electrolysis apparatus 10A will be described as an example. Fig. 1 shows a plan view of a separator 26 of a cell 20 of the water electrolysis apparatus 10A, and Figs. 2 and 3 show partial schematic cross sections of the cell 20.
図2及び図3に示されるように、セル20は、電解質層22を備え、電解質層22の一方面側に、アノード触媒層24、アノードガス拡散層25、及び、セパレータ26が、この順に積層されている。また、電解質層22の他方面側に、カソード触媒層34、カソードガス拡散層35、及び、セパレータ36が、この順に積層されている。 As shown in Figures 2 and 3, the cell 20 includes an electrolyte layer 22. An anode catalyst layer 24, an anode gas diffusion layer 25, and a separator 26 are stacked in this order on one side of the electrolyte layer 22. Furthermore, a cathode catalyst layer 34, a cathode gas diffusion layer 35, and a separator 36 are stacked in this order on the other side of the electrolyte layer 22.
電解質層22は、方形状とされ、炭素-フッ素系高分子膜や炭素-フッ素系高分子膜などを用いることができる。電解質層22の一方面に積層されるアノード触媒層24は、電解質層22の一方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Ir系触媒などを用いることができる。電解質層22の他方面に積層されるカソード触媒層34は、電解質層22の他方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Pt/カーボン系触媒などを用いることができる。 The electrolyte layer 22 is rectangular and can be made of a carbon-fluorine polymer membrane or a carbon-fluorine polymer membrane. The anode catalyst layer 24 laminated on one side of the electrolyte layer 22 covers the inner periphery of one side of the electrolyte layer 22, which is narrower than the outer periphery, and can be made of an Ir-based catalyst or the like. The cathode catalyst layer 34 laminated on the other side of the electrolyte layer 22 covers the inner periphery of the other side of the electrolyte layer 22, which is narrower than the outer periphery, and can be made of a Pt/carbon-based catalyst or the like.
アノードガス拡散層25は、アノード触媒層24に積層されている。アノードガス拡散層25は、平面視でアノード触媒層24と略同一形状とされている。アノードガス拡散層25は、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。 The anode gas diffusion layer 25 is laminated on the anode catalyst layer 24. The anode gas diffusion layer 25 has substantially the same shape as the anode catalyst layer 24 in a plan view. The anode gas diffusion layer 25 can be made of a material that allows fluid to flow through the layer, such as a porous material, a powder sintered material, a fiber sintered material, a metal mesh, or felt.
アノードガス拡散層25には、セパレータ26が積層されている。セパレータ26の詳細については後述する。 A separator 26 is laminated on the anode gas diffusion layer 25. Details of the separator 26 will be described later.
カソードガス拡散層35は、カソード触媒層34に積層されている。カソードガス拡散層35は、平面視でカソード触媒層34と略同一形状とされている。カソードガス拡散層35は、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。 The cathode gas diffusion layer 35 is laminated on the cathode catalyst layer 34. The cathode gas diffusion layer 35 has substantially the same shape as the cathode catalyst layer 34 in a plan view. The cathode gas diffusion layer 35 can be made of a material that allows fluid to flow through the layer, such as a porous material, a powder sintered material, a fiber sintered material, a metal mesh, or felt.
カソードガス拡散層35には、セパレータ36が積層されている。セパレータ36の詳細については後述する。セパレータ26とセパレータ36の間に、電圧印加手段11により電圧が印加される。 A separator 36 is laminated on the cathode gas diffusion layer 35. Details of the separator 36 will be described later. A voltage is applied between the separator 26 and the separator 36 by the voltage application means 11.
図1に示されるように、セパレータ26は、長方形板状とされたセパレータ本体27で構成されており、セパレータ本体27に、流体用開口28、流路領域40が形成されている。なお、図1は、図2、3の断面の下側からみた平面図となっている。 As shown in Figure 1, the separator 26 is composed of a rectangular plate-shaped separator body 27, which has fluid openings 28 and a flow path region 40 formed in it. Note that Figure 1 is a plan view of the cross section of Figures 2 and 3, viewed from below.
流体用開口28は、セパレータ本体27の4つの角の各々に形成されており、一方面から見たとき、一端側の一の流体用開口28が流体供給口28Aとなり、一の流体供給口28Aと対角線上にある他端側の流体用開口28が流体排出口28Bとなる。平面視で、流体供給口28Aから流路領域40へ流体が供給される方向を流体供給方向Xとする。ここでは、流体供給口28Aから流路領域40の最短距離となる方向を流体供給方向Xとする。一方面側のその他の2個の流体用開口28周りには、開口シール部材56が設けられ、セパレータ本体27と電解質層22の間がシールされている。 A fluid opening 28 is formed at each of the four corners of the separator body 27. When viewed from one side, one fluid opening 28 at one end serves as a fluid supply port 28A, and the fluid opening 28 at the other end diagonally opposite the fluid supply port 28A serves as a fluid discharge port 28B. In plan view, the direction in which fluid is supplied from the fluid supply port 28A to the flow path region 40 is referred to as the fluid supply direction X. Here, the direction along the shortest distance from the fluid supply port 28A to the flow path region 40 is referred to as the fluid supply direction X. Opening seal members 56 are provided around the other two fluid openings 28 on one side, sealing the space between the separator body 27 and the electrolyte layer 22.
流路領域40は、流体を通過させる領域である。流路領域40は、平面視で、流体供給口28Aと流体排出口28Bの間に、アノードガス拡散層25と対応する形状でセパレータ26と一体的に形成されている。流路領域40には、抵抗大流路部42、抵抗小流路部44、抵抗中流路部46が形成されている。 The flow path region 40 is a region through which fluid passes. In plan view, the flow path region 40 is formed integrally with the separator 26 between the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B, and has a shape corresponding to the anode gas diffusion layer 25. The flow path region 40 is formed with a large resistance flow path section 42, a small resistance flow path section 44, and a medium resistance flow path section 46.
図1に示されるように、抵抗大流路部42は、流路領域40を縦横に4分割して、領域A1、B1、C1、D1とした時の、流体供給口28Aに隣接する流路一端部(領域A1)、及び、流体排出口28Bに隣接する流路他端部(領域D1)、に形成されている。図4に示されるように、抵抗大流路部42は、平面視において、流体供給方向Xと直交するY方向に長尺の長孔42Aと、同方向に長尺の凸状42Bが、流体供給方向X及びY方向に交互に並べられて形成されている。抵抗大流路部42は、流体供給方向Xの流路抵抗が大となり、Y方向の流路抵抗が小となっている。 As shown in FIG. 1, when the flow path region 40 is divided vertically and horizontally into four regions A1, B1, C1, and D1, the large resistance flow path section 42 is formed in one end of the flow path adjacent to the fluid supply port 28A (region A1) and the other end of the flow path adjacent to the fluid discharge port 28B (region D1). As shown in FIG. 4, in a plan view, the large resistance flow path section 42 is formed by alternately arranging elongated holes 42A in the Y direction perpendicular to the fluid supply direction X and elongated convex shapes 42B in the same direction in the fluid supply direction X and Y directions. The large resistance flow path section 42 has high flow path resistance in the fluid supply direction X and low flow path resistance in the Y direction.
抵抗小流路部44は、流路領域40において、流体供給口28A及び流体排出口28Bと非隣接の領域B1及び領域C1に形成されている。図5に示されるように、抵抗小流路部44は、平面視において、抵抗大流路部42を90°回転させた構成とされており、流体供給方向Xに長尺の長孔44Aと、同方向に長尺の凸状44Bが、流体供給方向X及びY方向に交互に並べられて形成されている。抵抗小流路部44は、流体供給方向Xの流路抵抗が小となり、Y方向の流路抵抗が大となっている。 The small resistance flow path section 44 is formed in regions B1 and C1 of the flow path region 40, which are not adjacent to the fluid supply port 28A and fluid discharge port 28B. As shown in FIG. 5 , the small resistance flow path section 44 has a configuration in which the large resistance flow path section 42 is rotated 90 degrees in a plan view, and is formed by alternately arranging elongated holes 44A in the fluid supply direction X and elongated convex shapes 44B in the same direction in the fluid supply direction X and Y. The small resistance flow path section 44 has low flow path resistance in the fluid supply direction X and high flow path resistance in the Y direction.
抵抗中流路部46は、流路領域40の中央部分に配置されている。図6に示されるように、抵抗中流路部46は、平面視において、流体供給方向Xと直交するY方向に長尺の長孔46Aと、同方向に長尺の凸状46Bが、流体供給方向X及びY方向に交互に並べられて形成されている。長孔46A及び凸状46Bの流体供給方向Xの長さは、長孔42A及び凸状42Bの同方向の長さよりも短く設定されている。抵抗中流路部46は、流体供給方向Xの流路抵抗が中となり、Y方向の流路抵抗が小となっている。 The medium resistance flow path section 46 is located in the center of the flow path region 40. As shown in FIG. 6 , in a plan view, the medium resistance flow path section 46 is formed by alternately arranging elongated holes 46A elongated in the Y direction perpendicular to the fluid supply direction X and convex shapes 46B elongated in the same direction in the fluid supply direction X and Y directions. The length of the elongated holes 46A and convex shapes 46B in the fluid supply direction X is set shorter than the length of the elongated holes 42A and convex shapes 42B in the same direction. The medium resistance flow path section 46 has medium flow path resistance in the fluid supply direction X and low flow path resistance in the Y direction.
抵抗大流路部42、抵抗中流路部46、抵抗小流路部44における、流体供給方向Xの流路抵抗は、抵抗大流路部42が最も大きく、抵抗小流路部44が最も小さく、抵抗中流路部46は、抵抗大流路部42よりも小さく抵抗小流路部44よりも大きくなっている。 The flow path resistance in the fluid supply direction X of the high-resistance flow path section 42, medium-resistance flow path section 46, and small-resistance flow path section 44 is highest in the high-resistance flow path section 42 and lowest in the small-resistance flow path section 44, with the medium-resistance flow path section 46 being lower than the high-resistance flow path section 42 and higher than the small-resistance flow path section 44.
図7(A)(B)(C)に示されるように、抵抗大流路部42、抵抗小流路部44、抵抗中流路部46は、厚み方向からみて(断面視で)、セパレータ本体27の一方面側の凹状が他方面で凸状となる凹凸パターンで形成されている。当該凹凸パターンは、厚み方向の中央に位置する、基準部αと、基準部αよりも一方面側に凹となる第1凹部βと、基準部αよりも他方面側に凹となる第2凹部γと、を有している。第1凹部βと第2凹部γの深さは同じに設定されている。 As shown in Figures 7(A), (B), and (C), the large-resistance flow path section 42, the small-resistance flow path section 44, and the medium-resistance flow path section 46 are formed in an uneven pattern in which a concave shape on one side of the separator body 27 becomes a convex shape on the other side when viewed in the thickness direction (cross-sectional view). The uneven pattern has a reference section α located in the center in the thickness direction, a first recessed section β that is concave on one side of the reference section α, and a second recessed section γ that is concave on the other side of the reference section α. The first recessed section β and second recessed section γ are set to the same depth.
図7(A)に示されるように、一方面側(アノードガス拡散層25に対向する側)において、抵抗大流路部42の長孔42Aは、第1凹部βで形成され、隣り合う長孔42A同士の間に第2凹部γ及び基準部αが形成されている。また、一方面側において、抵抗小流路部44の長孔44Aは、第1凹部βで形成され、隣り合う長孔44A同士の間に第2凹部γ及び基準部αが形成されている。また、一方面側において、抵抗中流路部46の長孔46Aは、第1凹部βで形成され、隣り合う長孔46A同士の間に第2凹部γ及び基準部αが形成されている。第1凹部β、第2凹部γは、一方面側と他方面側で凹凸が逆になる、すなわち、第1凹部βは一方面側で凹、他方面側で凸となり、第2凹部γは一方面側で凸、他方面側で凹となる。このように両面に凹凸となるパターンは、両面プレスで容易に形成することができる。 7A, on one surface (the side facing the anode gas diffusion layer 25), the elongated holes 42A of the large-resistance flow path section 42 are formed with a first recess β, and a second recess γ and a reference portion α are formed between adjacent elongated holes 42A. Also, on one surface, the elongated holes 44A of the small-resistance flow path section 44 are formed with a first recess β, and a second recess γ and a reference portion α are formed between adjacent elongated holes 44A. Also, on one surface, the elongated holes 46A of the medium-resistance flow path section 46 are formed with a first recess β, and a second recess γ and a reference portion α are formed between adjacent elongated holes 46A. The first recess β and the second recess γ have opposite concavities and convexities on one surface and the other surface; that is, the first recess β is concave on one surface and convex on the other surface, and the second recess γ is convex on one surface and concave on the other surface. Such a pattern with projections and recesses on both sides can be easily formed using double-sided pressing.
図1に示されるように、セパレータ本体27の流路領域40を挟んで一方側には、流体用開口28以外の部分に、抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44と連続して供給ヘッダ50が形成されている。供給ヘッダ50は、図3に示されるように基準部αと面一の平坦面で形成されている。 As shown in FIG. 1, on one side of the separator body 27 across the flow path region 40, a supply header 50 is formed in the area other than the fluid openings 28, continuing from the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44. As shown in FIG. 3, the supply header 50 is formed as a flat surface flush with the reference section α.
セパレータ本体27の流路領域40を挟んで他方側には、流体用開口28以外の部分に、抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44と連続して、排出ヘッダ52が形成されている。排出ヘッダ52は、供給ヘッダ50と同様に、基準部αと面一の平坦面で形成されている。 On the other side of the separator body 27 across the flow path region 40, in the area other than the fluid openings 28, a discharge header 52 is formed, continuing from the high-resistance flow path section 42 and the low-resistance flow path section 44. Like the supply header 50, the discharge header 52 is formed with a flat surface flush with the reference section α.
セパレータ本体27の外周部分には、外周シール層54が形成されている。図2に示されるように、外周シール層54は、電解質層22とセパレータ26の間をシールしている。また、図1に示されるように、開口シール部材56と連結されている。外周シール層54、開口シール部材56は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。 A peripheral sealing layer 54 is formed on the outer periphery of the separator body 27. As shown in FIG. 2, the peripheral sealing layer 54 seals the gap between the electrolyte layer 22 and the separator 26. As shown in FIG. 1, the peripheral sealing layer 54 is connected to the opening sealing member 56. The peripheral sealing layer 54 and opening sealing member 56 can be made of resin or rubber material.
図2に示されるように、セパレータ本体27は、第2凹部γの底部がアノードガス拡散層25と接触するように配置されている。そして、アノードガス拡散層25と第1凹部β及び基準部αの間に空間が構成され、流体の通路となる。 As shown in Figure 2, the separator body 27 is positioned so that the bottom of the second recess γ is in contact with the anode gas diffusion layer 25. A space is then formed between the anode gas diffusion layer 25 and the first recess β and reference portion α, forming a fluid passageway.
セパレータ26は、導電性材料で形成されており、電圧印加手段11により電圧が印加される。 The separator 26 is made of a conductive material, and a voltage is applied to it by the voltage application means 11.
セパレータ36は、セパレータ26と同一形状とされている。図8において、セパレータ36は、図2、3の断面の上側からみた平面図となっている。セパレータ36は、セパレータ本体37で構成されており、セパレータ26と同様に、セパレータ本体37に、流体用開口28、流路領域40が形成されている。そして、流路領域40には、抵抗大流路部42、抵抗小流路部44、抵抗中流路部46が形成されている。 Separator 36 has the same shape as separator 26. In Figure 8, separator 36 is shown in a plan view from above the cross section of Figures 2 and 3. Separator 36 is composed of a separator body 37, and like separator 26, fluid openings 28 and a flow path region 40 are formed in separator body 37. Furthermore, flow path region 40 is formed with a large resistance flow path section 42, a small resistance flow path section 44, and a medium resistance flow path section 46.
流体用開口28のうち、排出ヘッダ52に設けられたものが、カソード側において、カソード流体排出口28Cとなる。一方面側のカソード流体排出口28C以外の3個の流体用開口28周りには、開口シール部材56が設けられ、セパレータ本体37と電解質層22の間がシールされている。 Of the fluid openings 28, those provided in the discharge header 52 serve as cathode fluid outlets 28C on the cathode side. Opening seal members 56 are provided around the three fluid openings 28 other than the cathode fluid outlet 28C on one side, sealing the gap between the separator body 37 and the electrolyte layer 22.
図9(A)に示されるように、一方面側において、抵抗大流路部42の長孔42Aは、第2凹部γで形成され、隣り合う長孔42A同士の間に第1凹部β及び基準部αが形成されている。また、一方面側において、抵抗小流路部44の長孔44Aは、第2凹部γで形成され、隣り合う長孔44A同士の間に第1凹部β及び基準部αが形成されている。また、一方面側において、抵抗中流路部46の長孔46Aは、第2凹部γで形成され、隣り合う長孔46A同士の間に第1凹部β及び基準部αが形成されている。すなわち、凹凸パターンにおいて、セパレータ26の他方面側が、セパレータ36において一方面側となる。 As shown in FIG. 9(A), on one surface, the elongated holes 42A of the large resistance flow path section 42 are formed with the second recess γ, with a first recess β and a reference portion α formed between adjacent elongated holes 42A. Also, on one surface, the elongated holes 44A of the small resistance flow path section 44 are formed with the second recess γ, with a first recess β and a reference portion α formed between adjacent elongated holes 44A. Also, on one surface, the elongated holes 46A of the medium resistance flow path section 46 are formed with the second recess γ, with a first recess β and a reference portion α formed between adjacent elongated holes 46A. In other words, in the concavo-convex pattern, the other surface of the separator 26 becomes one surface of the separator 36.
図2に示されるように、セパレータ36では、セパレータ本体37は、第1凹部βの底部がカソードガス拡散層35と接触するように配置されている。そして、カソードガス拡散層35と第2凹部γ及び基準部αの間に空間が構成され、流体の通路となる。 As shown in Figure 2, in the separator 36, the separator body 37 is positioned so that the bottom of the first recess β is in contact with the cathode gas diffusion layer 35. A space is then formed between the cathode gas diffusion layer 35 and the second recess γ and reference portion α, which serves as a fluid passageway.
図8に示されるように、セパレータ本体37の流路領域40を挟んで一方側には、供給ヘッダ50が基準部αと面一の平坦面で形成されている。また、セパレータ本体27の流路領域40を挟んで他方側には、排出ヘッダ52が基準部αと面一の平坦面で形成されている。 As shown in Figure 8, on one side of the flow path region 40 of the separator body 37, a supply header 50 is formed with a flat surface that is flush with the reference portion α. On the other side of the flow path region 40 of the separator body 27, a discharge header 52 is formed with a flat surface that is flush with the reference portion α.
セパレータ本体27の外周部分には、外周シール層54が形成されている。図2に示されるように、外周シール層54は、電解質層22とセパレータ26の間をシールしている。また、開口シール部材56と連結されている。外周シール層54、開口シール部材56は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。 A peripheral sealing layer 54 is formed on the outer periphery of the separator body 27. As shown in FIG. 2, the peripheral sealing layer 54 seals the gap between the electrolyte layer 22 and the separator 26. It is also connected to an opening sealing member 56. The peripheral sealing layer 54 and opening sealing member 56 can be made of resin or rubber material.
セパレータ36は、導電性材料で形成されており、電圧印加手段11により電圧が印加される。 The separator 36 is made of a conductive material, and a voltage is applied to it by the voltage application means 11.
次に、本実施形態の作用効果について説明する。 Next, we will explain the effects of this embodiment.
流体供給口28Aから供給された水は、供給ヘッダ50へ流入し、供給ヘッダ50から流路領域40へ流入する。流路領域40には、流体供給口28Aと供給ヘッダ50を介して隣接するように領域A1に抵抗大流路部42が設けられているので、領域Aと領域Bが同じ流路抵抗の場合と比較して、領域A1への水の流入が抑制される。一方、流体供給口28Aと非隣接の領域B1に抵抗小流路部44が設けられているので、領域B1への水の流入は促進される。これにより、水が流体供給口28Aから直線的に流体排出口28Bへ流れる量が抑制され、流路領域40において、供給された水を良好に拡散させることができる。 Water supplied from the fluid supply port 28A flows into the supply header 50 and then flows from the supply header 50 into the flow path region 40. The flow path region 40 has a large-resistance flow path section 42 in region A1 adjacent to the fluid supply port 28A via the supply header 50. This reduces the inflow of water into region A1 compared to when regions A and B have the same flow path resistance. On the other hand, a small-resistance flow path section 44 is provided in region B1, which is not adjacent to the fluid supply port 28A, promoting the inflow of water into region B1. This reduces the amount of water that flows linearly from the fluid supply port 28A to the fluid discharge port 28B, allowing for good diffusion of the supplied water in the flow path region 40.
水電解装置10Aでは、セパレータ26とセパレータ36間への電圧印加により、アノード触媒層24の表面では、以下の反応(1)が生じる。 In the water electrolysis device 10A, when a voltage is applied between the separator 26 and the separator 36, the following reaction (1) occurs on the surface of the anode catalyst layer 24.
H2O → 2H+ + 0.5O2 + 2e- (1) H 2 O → 2H + + 0.5O 2 + 2e - (1)
酸素O2は、アノードガス拡散層25で拡散され、後述の未反応の水(H2O)と共に流体排出口28Bへ排出される。 Oxygen O2 is diffused in the anode gas diffusion layer 25 and discharged to the fluid discharge port 28B together with unreacted water ( H2O ) described below.
水素イオンH+は、電解質層22を通ってカソード側へ移動し、外部配線で供給される電子e-を得て(反応(2))水素H2となり、カソードガス拡散層35で拡散され、排出ヘッダ52を通ってカソード流体排出口28Cから送出される。 The hydrogen ions H + move through the electrolyte layer 22 to the cathode side, obtain electrons e- supplied by external wiring (reaction (2)), and become hydrogen H2. The hydrogen ions H2 are diffused in the cathode gas diffusion layer 35, pass through the discharge header 52, and are discharged from the cathode fluid discharge port 28C.
2H+ + 2e- → H2 (2) 2H + + 2e - → H 2 (2)
流路領域40の領域A1、領域B1へ流入した水は、流路領域40の流体供給方向Xにおいて、領域C1、領域D1へ各々向かい、一部が中央部の抵抗中流路部46を通過する。領域A1で流体供給方向Xに流れ難かった水は、領域C1で流れやすくなり、領域B1で流体供給方向Xに流れやすかった水は、領域D1で流れ難くなる。また、中央部の抵抗中流路部46では、中程度の流体抵抗で水が流れ、領域C1、領域D1を経て排出ヘッダ52へ流入し、流体排出口28Bへ排出される。 Water that flows into regions A1 and B1 of the flow path region 40 flows toward regions C1 and D1, respectively, in the fluid supply direction X of the flow path region 40, with some passing through the central medium-resistance flow path section 46. Water that had difficulty flowing in the fluid supply direction X in region A1 becomes more flowable in region C1, and water that had difficulty flowing in the fluid supply direction X in region B1 becomes more flowable in region D1. Furthermore, water flows with moderate fluid resistance in the central medium-resistance flow path section 46, passes through regions C1 and D1, flows into the discharge header 52, and is discharged to the fluid discharge port 28B.
図10には、流路領域40の流体抵抗をすべて同じに設定した場合の流体の流れ(B)と、本実施形態のように流体抵抗の異なる領域を設けた場合の流体の流れ(A)が示されている。流路領域40の流体抵抗をすべて同じに設定した場合、図10(B)に示すように、流体供給口28Aから直線的に流体排出口28Bへ流れる量が多くなる。一方、本実施形態のように流体抵抗の異なる領域を設けることにより、図10(A)に示すように、流路領域40における流体の流れが均等化され、流路領域40全体への拡散を図ることができる。 Figure 10 shows the fluid flow when all fluid resistances in the flow path region 40 are set to the same (B), and the fluid flow when regions with different fluid resistances are provided as in this embodiment (A). When all fluid resistances in the flow path region 40 are set to the same, as shown in Figure 10(B), a large amount of fluid flows linearly from the fluid supply port 28A to the fluid discharge port 28B. On the other hand, by providing regions with different fluid resistances as in this embodiment, the flow of fluid in the flow path region 40 is equalized, as shown in Figure 10(A), and the fluid can be diffused throughout the entire flow path region 40.
また、本実施形態では、供給ヘッダ50、排出ヘッダ52を有しているので、供給ヘッダ50から抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44の両方へ流体を送り出すことができ、流体供給口28Aと隣接しない領域へスムーズに水を拡散させることができる。また、排出ヘッダ52で流路領域40からスムーズに水を排出させることができる。 In addition, this embodiment has a supply header 50 and a discharge header 52, so fluid can be sent from the supply header 50 to both the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44, allowing water to be smoothly dispersed to areas not adjacent to the fluid supply port 28A. Furthermore, the discharge header 52 allows water to be smoothly discharged from the flow path area 40.
また、本実施形態では、抵抗大流路部42、抵抗小流路部44、抵抗中流路部46が、セパレータ本体27、37の一方面の凹状が他方面で凸状となる凹凸パターンで形成されている。したがって、比較的厚みの薄い板に容易に流路を形成することができ、セパレータ26、37の厚みを薄くすることができる。 In addition, in this embodiment, the large resistance flow path section 42, small resistance flow path section 44, and medium resistance flow path section 46 are formed in an uneven pattern in which a concave shape on one side of the separator body 27, 37 becomes a convex shape on the other side. Therefore, flow paths can be easily formed in a relatively thin plate, allowing the thickness of the separators 26, 37 to be reduced.
また、本実施形態では、基準部αに流体供給口28A及び流体排出口28Bが形成されている。したがって、一つのセパレータ26、36の一方面と他方面の両面において、流体供給口28A、及び流体排出口28Bを、第1凹部β、第2凹部γと容易に連通させることができる。 In addition, in this embodiment, the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B are formed in the reference portion α. Therefore, the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B can be easily connected to the first recess β and the second recess γ on both one side and the other side of a single separator 26, 36.
また、本実施形態では、供給ヘッダ50及び排出ヘッダ52が、厚み方向からみて、基準部αと面一に形成されている。したがって、供給ヘッダ50及び排出ヘッダ52を容易に形成することができる。 In addition, in this embodiment, the supply header 50 and discharge header 52 are formed flush with the reference portion α when viewed in the thickness direction. Therefore, the supply header 50 and discharge header 52 can be easily formed.
また、本実施形態では、セパレータ本体27、37の板面の一方面と他方面の両面に抵抗大流路部42、抵抗小流路部44、抵抗中流路部46を有する流路領域40が形成されている。したがって、一つのセパレータ26、36の一方面と他方面に、別々の流体を流す流路を形成することができる。 In addition, in this embodiment, a flow path region 40 having a large resistance flow path section 42, a small resistance flow path section 44, and a medium resistance flow path section 46 is formed on both one and the other sides of the plate surface of the separator body 27, 37. Therefore, flow paths for flowing different fluids can be formed on one and the other sides of a single separator 26, 36.
また、本実施形態では、抵抗大流路部42を、流体供給方向Xと直交する方向に延出される長孔で形成し、抵抗小流路部44を、抵抗大流路部42の長孔延出方向と直交する方向に延出される長孔で形成している。したがって、簡易に流体供給方向と異なる方向へ、流体を流れやすくすることができる。 In addition, in this embodiment, the large resistance flow path section 42 is formed as an elongated hole extending in a direction perpendicular to the fluid supply direction X, and the small resistance flow path section 44 is formed as an elongated hole extending in a direction perpendicular to the extension direction of the elongated hole of the large resistance flow path section 42. Therefore, it is easy to make the fluid flow in a direction different from the fluid supply direction.
なお、本実施形態では、抵抗大流路部42、抵抗小流路部44を、長孔延出方向を変えることにより流路抵抗を異ならせたが、長孔延出長さを変えることにより流路抵抗を異ならせてもよい。例えば、抵抗小流路部44の長孔延出長さを抵抗大流路部42よりも短くすることにより、流路抵抗を小さくすることができる。また、図11に示されるように、平面視で円形の凹凸パターンとすることにより、流路抵抗を小さくすることができる。 In this embodiment, the flow path resistance of the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44 is differentiated by changing the elongated hole extension direction. However, the flow path resistance may also be differentiated by changing the elongated hole extension length. For example, the flow path resistance can be reduced by making the elongated hole extension length of the small resistance flow path section 44 shorter than that of the large resistance flow path section 42. Furthermore, as shown in Figure 11, the flow path resistance can be reduced by using a circular concave-convex pattern in plan view.
また、本実施形態のセル20を、図12に示されるように、複数積層してセルスタック20Sとすることもできる。この場合には、一のセパレータ26の一方面側をアノードガス拡散層25に対向させ、他方面側をカソードガス拡散層35に対向させてセパレータ36の一方面側と同様に用いることができる。 Furthermore, as shown in Figure 12, multiple cells 20 of this embodiment can be stacked to form a cell stack 20S. In this case, one side of one separator 26 can be placed opposite the anode gas diffusion layer 25, and the other side can be placed opposite the cathode gas diffusion layer 35, in the same manner as one side of the separator 36.
また、本実施形態のセパレータ26を水電解装置10Aに用いることにより、一方面側を水を供給するアノード側に利用し、他方面側をカソード側で水素ガスの回収に用いることができる。したがって、セパレータ26の凹と凸が一方面側と他方面側で逆になる場合でも、一枚のセパレータ26の表裏に好適に異なる流体を流すことができる。 Furthermore, by using the separator 26 of this embodiment in the water electrolysis device 10A, one side can be used as the anode side to supply water, and the other side can be used as the cathode side to recover hydrogen gas. Therefore, even if the concave and convex sides of the separator 26 are reversed, different fluids can be suitably flowed on the front and back of a single separator 26.
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の水電解装置10Bは、セパレータの平面形状、流路領域に形成されたパターン、及び、流体用開口の配置のみ第1実施形態と異なり、その他の構成は第1実施形態と同様である。 The water electrolysis device 10B of this embodiment differs from the first embodiment only in the planar shape of the separator, the pattern formed in the flow path region, and the arrangement of the fluid openings; the rest of the configuration is the same as the first embodiment.
図13に示されるように、本実施形態のセパレータ66は、一方面側に平面視で、長方形板状の短辺に凸部66A、66Bが突出形成されている。凸部66Aには、流体供給口28Aが形成され、凸部66Bには流体排出口28Bが形成されている。本実施形態の説明では、流体供給口28A、流体排出口28B以外の流体用開口は省略している。 As shown in FIG. 13, the separator 66 of this embodiment has protrusions 66A and 66B protruding from one surface on the short sides of the rectangular plate in a plan view. A fluid supply port 28A is formed in the protrusion 66A, and a fluid discharge port 28B is formed in the protrusion 66B. In the description of this embodiment, fluid openings other than the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B are omitted.
流路領域40には、抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44が形成されている。抵抗大流路部42は、流路領域40を縦に4分割して、一方端を領域A2、真ん中の2つを領域B2、他方端を領域C2とした時の、流体供給口28A及び流体排出口28Bに隣接する流路一端部(領域B2)に形成されている。抵抗小流路部44は、流路領域40において、流体供給口28A及び流体排出口28Bと非隣接の領域A2及び領域C2に形成されている。 A high-resistance flow path section 42 and a low-resistance flow path section 44 are formed in the flow path region 40. When the flow path region 40 is vertically divided into four sections, with one end as region A2, the two middle sections as region B2, and the other end as region C2, the high-resistance flow path section 42 is formed in one end of the flow path (region B2) adjacent to the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B. The low-resistance flow path section 44 is formed in regions A2 and C2 of the flow path region 40 that are not adjacent to the fluid supply port 28A and the fluid discharge port 28B.
セパレータ本体27の流路領域40を挟んで一方側には、流体用開口28以外の部分に、抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44と連続して供給ヘッダ50が形成されている。セパレータ本体27の流路領域40を挟んで他方側には、流体用開口28以外の部分に、抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44と連続して、排出ヘッダ52が形成されている。 On one side of the separator body 27 across the flow path region 40, a supply header 50 is formed in the area other than the fluid openings 28, continuing from the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44. On the other side of the separator body 27 across the flow path region 40, a discharge header 52 is formed in the area other than the fluid openings 28, continuing from the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44.
本実施形態のセパレータ66を用いた場合でも、流路領域40の全体に流体を流すことができる。 Even when using the separator 66 of this embodiment, fluid can flow throughout the entire flow path region 40.
なお、前述の各実施形態では、水電解装置10A、10Bにアノードガス拡散層25、カソードガス拡散層35を設けたが、アノードガス拡散層25、カソードガス拡散層35は省略してもよい。 In the above-described embodiments, the water electrolysis devices 10A and 10B are provided with an anode gas diffusion layer 25 and a cathode gas diffusion layer 35, but the anode gas diffusion layer 25 and the cathode gas diffusion layer 35 may be omitted.
また、前述の各実施形態では、セパレータ26、36の流路領域40の抵抗大流路部42及び抵抗小流路部44を、セパレータ本体27、37の一方面の凹状が他方面で凸状となる凹凸パターンで形成したが、片面のみに凹凸が形成されるパターンとしてもよい。 In addition, in each of the above-described embodiments, the large resistance flow path section 42 and the small resistance flow path section 44 of the flow path region 40 of the separator 26, 36 are formed with an uneven pattern in which a concave shape on one side of the separator body 27, 37 becomes a convex shape on the other side, but a pattern in which unevenness is formed on only one side may also be used.
また、前述の各実施形態では、セパレータ26、36に供給ヘッダ50、排出ヘッダ52を形成したが、供給ヘッダ50、排出ヘッダ52の領域に、別途シール部材を配置して形成することもできる。 In addition, in the above-described embodiments, the separators 26, 36 are formed with supply headers 50 and discharge headers 52, but it is also possible to form separate sealing members in the areas of the supply headers 50 and discharge headers 52.
また、前述の各実施形態では、セパレータ26、36の第1凹部βと第2凹部γの深さを同じに設定したが、用途に応じて深さを変えてもよい。例えば、本実施形態のように水電解装置のアノード側の流路を構成するセパレータ26では、一方面側の第1凹部βを他方面側の第2凹部γよりも深くすることができる。このように設定することにより、流体の流量に応じてセパレータの裏表で効率的に流体を通過させることができる。 In addition, in the above-described embodiments, the first recess β and the second recess γ of the separators 26, 36 were set to the same depth, but the depth may be changed depending on the application. For example, in the separator 26 that forms the anode-side flow path of the water electrolysis device as in this embodiment, the first recess β on one side can be made deeper than the second recess γ on the other side. By setting it in this way, fluid can be efficiently passed through the front and back of the separator depending on the fluid flow rate.
また、前述の各実施形態では、固体高分子電解質膜型(PEM)の水電解装置を例に説明したが、本発明は、アニオン交換膜型(AEM)の水電解装置に用いることもできる。 Furthermore, while the above-described embodiments have been described using a polymer electrolyte membrane (PEM) water electrolysis device as an example, the present invention can also be used in an anion exchange membrane (AEM) water electrolysis device.
10A、10B 水電解装置(水電解デバイス)
26、66 セパレータ
27 セパレータ本体
28A 流体供給口
28B 流体排出口
40 流路領域
42 抵抗大流路部
44 抵抗小流路部
50 供給ヘッダ
52 排出ヘッダ
α 基準部
β 第1凹部
γ 第2凹部
X 流体供給方向
10A, 10B Water electrolysis apparatus (water electrolysis device)
26, 66 Separator 27 Separator body 28A Fluid supply port 28B Fluid discharge port 40 Flow path region 42 Large resistance flow path section 44 Small resistance flow path section 50 Supply header 52 Discharge header α Reference section β First recess γ Second recess X Fluid supply direction
Claims (9)
前記セパレータ本体の一端部に前記セパレータ本体を貫通して形成された流体供給口と、
前記セパレータ本体の他端部に前記セパレータ本体を貫通して形成された流体排出口と、
前記流体供給口と前記流体排出口の間に前記セパレータ本体と一体的に形成され、流体を通過させる流路領域と、
前記流路領域において、前記流体供給口に隣接する流路一端部及び前記流体排出口に隣接する流路他端部に形成され、前記流体供給口からの流体供給方向の流路抵抗を前記流体供給口と直交する方向の流路抵抗よりも大きくする抵抗大流路部と、
前記流路領域において、前記流体供給口及び前記流体排出口と非隣接の位置、且つ前記流体供給方向と直交する方向で前記抵抗大流路部と隣接するように形成され、前記流体供給方向の流路抵抗が前記抵抗大流路部よりも小さい抵抗小流路部と、
を備えた、セパレータ。 a conductive plate-shaped separator body;
a fluid supply port formed at one end of the separator body so as to penetrate the separator body;
a fluid outlet formed at the other end of the separator body by penetrating the separator body;
a flow path region formed integrally with the separator body between the fluid supply port and the fluid discharge port, for allowing a fluid to pass therethrough;
a large resistance flow path portion formed in the flow path region at one end of the flow path adjacent to the fluid supply port and at the other end of the flow path adjacent to the fluid discharge port, the large resistance flow path portion making a flow path resistance in a fluid supply direction from the fluid supply port greater than a flow path resistance in a direction perpendicular to the fluid supply port;
a small resistance flow path section formed in the flow path region at a position not adjacent to the fluid supply port and the fluid discharge port and adjacent to the large resistance flow path section in a direction perpendicular to the fluid supply direction , the small resistance flow path section having a flow path resistance in the fluid supply direction smaller than that of the large resistance flow path section;
A separator comprising:
請求項1に記載のセパレータ。 the large resistance flow path portion and the small resistance flow path portion are formed in an uneven pattern in which a concave shape on one side of the separator body becomes a convex shape on the other side;
The separator according to claim 1 .
前記流体排出口と前記流路領域の間に前記抵抗大流路部及び前記抵抗小流路部と隣接して形成され、流体を前記流路領域から排出させる排出ヘッダと、
を備えた、請求項1または請求項2に記載のセパレータ。 a supply header formed adjacent to the large resistance flow path section and the small resistance flow path section between the fluid supply port and the flow path region, for sending fluid to the flow path region;
a discharge header formed adjacent to the large resistance flow path portion and the small resistance flow path portion between the fluid discharge port and the flow path region, for discharging the fluid from the flow path region;
The separator according to claim 1 or claim 2, comprising:
請求項3に記載のセパレータ。 When viewed in the thickness direction, the large resistance flow path portion and the small resistance flow path portion each have a reference portion, a first recess that is recessed on one side of the reference portion, and a second recess that is recessed on the other side of the reference portion, and the fluid supply port and the fluid discharge port are formed in the reference portion.
The separator according to claim 3 .
請求項4に記載のセパレータ。 The supply header and the discharge header are formed flush with the reference portion when viewed in the thickness direction.
The separator according to claim 4.
請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のセパレータ。 The large resistance flow path portion and the small resistance flow path portion are formed on both one and the other plate surfaces of the separator body.
The separator according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか1項に記載のセパレータ。 the large resistance flow path portion is formed in a concave shape extending in a direction intersecting the fluid supply direction, and the small resistance flow path portion is formed in a concave shape extending in a direction perpendicular to the extension direction of the large resistance flow path portion.
The separator according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載のセパレータ。 The small resistance flow path portion is formed in a concave shape that is shorter in a direction intersecting the fluid supply direction than the large resistance flow path portion.
The separator according to claim 7.
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