JP7088045B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack.

燃料電池スタックに採用されるセパレータには、反応ガスが流れる溝部が設けられている。このような溝部には、部分的に溝幅が狭く形成されているものや、部分的に溝深さが浅く形成されたものがある（例えば特許文献１参照）。 The separator used in the fuel cell stack is provided with a groove through which the reaction gas flows. Some of such grooves are partially formed with a narrow groove width, and some are formed with a partially shallow groove depth (see, for example, Patent Document 1).

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

上記のようなセパレータでは、このセパレータからのガス拡散層への面圧のばらつきが増大し、これによりガス拡散層のセパレータの溝部内への撓みこみ量が不均一となり、反応ガスの圧損のバラつきが増大する恐れがある。このような反応ガスの圧損のばらつきが増大すると、セル毎の圧損のばらつきも増大して、各セルに反応ガスを十分に供給できない恐れがある。 In a separator as described above, the variation in the surface pressure from the separator to the gas diffusion layer increases, and as a result, the amount of deflection of the gas diffusion layer into the groove of the separator becomes non-uniform, and the pressure loss of the reaction gas varies. May increase. If the variation in the pressure drop of the reaction gas increases, the variation in the pressure drop for each cell also increases, and there is a possibility that the reaction gas cannot be sufficiently supplied to each cell.

そこで本発明は、反応ガスの圧損のばらつきが抑制された燃料電池スタックを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack in which the variation in pressure loss of the reaction gas is suppressed.

上記目的は、膜電極を一対のガス拡散層で挟持した第１膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極を一対のガス拡散層で挟持した第２膜電極ガス拡散層接合体と、前記第１膜電極ガス拡散層接合体に当接した第１セパレータと、前記第１セパレータと前記第２膜電極ガス拡散層接合体とに挟持された第２セパレータと、を備え、前記第１セパレータは、互いに隣接した第１リブ部及び第１溝部を含み、前記第２セパレータは、互いに隣接した第２リブ部及び第２溝部を含み、前記第１リブ部は、前記第１膜電極ガス拡散層接合体に当接し、前記第１溝部は、前記第１膜電極ガス拡散層接合体から退避して前記第１膜電極ガス拡散層接合体との間で第１反応ガスが流れ、前記第２リブ部は、前記第２膜電極ガス拡散層接合体に当接し、前記第２溝部は、前記第２膜電極ガス拡散層接合体から退避して前記第２膜電極ガス拡散層接合体との間で第２反応ガスが流れ、前記第１及び第２溝部は、少なくとも一部分で互いに当接し、前記第１溝部は、溝深さが一定である第１定常部と、前記第１定常部と溝幅が同じであって溝深さが浅い浅底部と、を含み、前記第２溝部は、前記第１定常部に当接し溝深さが一定である第２定常部と、前記第２定常部よりも溝深さが深く前記浅底部に当接した深底部と、を含み、前記第１定常部及び浅底部は、単一の前記第１溝部に形成され、前記第２定常部及び深底部は、単一の前記第２溝部に形成されている、燃料電池スタックによって達成できる。 The above object is a first film electrode gas diffusion layer junction in which a membrane electrode is sandwiched between a pair of gas diffusion layers, a second membrane electrode gas diffusion layer junction in which a membrane electrode is sandwiched between a pair of gas diffusion layers, and the first. The first separator is provided with a first separator that is in contact with the one-film electrode gas diffusion layer junction and a second separator that is sandwiched between the first separator and the second membrane electrode gas diffusion layer junction. The second separator includes a second rib portion and a second groove portion adjacent to each other, and the first rib portion includes the first film electrode gas diffusion layer. The first groove portion comes into contact with the bonded body, retracts from the first film electrode gas diffusion layer bonded body, and the first reaction gas flows between the first film electrode gas diffusion layer bonded body and the first film electrode gas diffusion layer bonded body, and the second reaction gas flows. The rib portion abuts on the second film electrode gas diffusion layer junction, and the second groove portion retracts from the second film electrode gas diffusion layer junction and with the second film electrode gas diffusion layer junction. A second reaction gas flows between the first and second grooves, and the first and second grooves are in contact with each other at least in part, and the first groove has a first stationary portion having a constant groove depth and the first stationary portion. The second stationary portion includes a shallow bottom portion having the same groove width and a shallow groove depth, the second stationary portion abutting on the first stationary portion and having a constant groove depth, and the second stationary portion. The first stationary portion and the shallow bottom portion are formed in a single first groove portion, including a deep bottom portion having a groove depth deeper than the portion and abutting on the shallow bottom portion, and the second stationary portion and the shallow bottom portion. The deep bottom can be achieved by a fuel cell stack formed in the single second groove.

反応ガスの圧損のばらつきが抑制された燃料電池スタックを提供できる。 It is possible to provide a fuel cell stack in which variations in pressure loss of the reaction gas are suppressed.

図１は、燃料電池スタックの部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack. 図２は、上方から見た場合のセパレータの一部を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a part of the separator when viewed from above. 図３Ａ及び図３Ｂは、セパレータの一部分を示した斜視図である。3A and 3B are perspective views showing a part of the separator. 図４Ａは、第１比較例の燃料電池スタックの部分断面図であり、図４Ｂは、第２比較例の燃料電池スタックの部分断面図である。4A is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack of the first comparative example, and FIG. 4B is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack of the second comparative example.

［燃料電池スタックの概略構成］
図１は、燃料電池スタック１の部分断面図である。図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。＋Ｙ方向は、図１では紙面に垂直であって紙面の奥から手前の方向である。燃料電池スタック１は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック１は、膜電極ガス拡散層接合体１０－１（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）、カソードセパレータ（以下、セパレータと称する）２０、アノードセパレータ３０、及びＭＥＧＡ１０－２を含む。ここで、ＭＥＧＡ１０－１及び１０―２は、互いに同一の部材であるが、便宜上異なる符号を付している。また、図１では、ＭＥＧＡ１０－１、セパレータ２０及び３０、及びＭＥＧＡ１０―２のみを示しているが、実際には、－Ｚ方向に順に、ＭＥＧＡ１０－１、セパレータ２０、セパレータ３０、ＭＥＧＡ１０―２、セパレータ２０、セパレータ３０、ＭＥＧＡ１０－３、セパレータ２０、セパレータ３０…が繰り返すように積層されている。 [Summary configuration of fuel cell stack]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack 1. FIG. 1 shows the X, Y, and Z directions that are orthogonal to each other. In FIG. 1, the + Y direction is perpendicular to the paper surface and is the direction from the back to the front of the paper surface. The fuel cell stack 1 is a solid polymer fuel cell that generates power by being supplied with a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidizing agent gas (for example, oxygen) as reaction gases. The fuel cell stack 1 includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly 10-1 (hereinafter referred to as MEGA (Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)), a cathode separator (hereinafter referred to as a separator) 20, an anode separator 30, and MEGA 10-. 2 is included. Here, MEGA10-1 and 10-2 are members that are the same as each other, but have different reference numerals for convenience. Further, in FIG. 1, only MEGA10-1, separators 20 and 30, and MEGA10-2 are shown, but in reality, MEGA10-1, separator 20, separator 30, MEGA10-2, in order in the −Z direction, The separator 20, the separator 30, the MEGA 10-3, the separator 20, the separator 30 ... Are laminated so as to repeat.

ＭＥＧＡ１０－１は、アノードガス拡散層１２ａ及びカソードガス拡散層１２ｃ（以下、拡散層と称する）と、拡散層１２ａ及び１２ｃにより挟持された膜電極接合体１１（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）１１とを有している。ＭＥＡ１１は、電解質膜と、電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれに形成されたアノード触媒層及びカソード触媒層とを含む。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。アノード触媒層及びカソード触媒層は、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜に塗布することにより形成される。拡散層１２ａ及び１２ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層１２ａ及び１２ｃは、それぞれアノード触媒層及びカソード触媒層に接合されている。 MEGA10-1 includes an anode gas diffusion layer 12a and a cathode gas diffusion layer 12c (hereinafter referred to as a diffusion layer), and a membrane electrode assembly 11 (hereinafter, MEA (Membrane Electrode Assembly)) sandwiched between the diffusion layers 12a and 12c. (Referred to as) 11 and. The MEA 11 includes an electrolyte membrane and an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer formed on one surface and the other surface of the electrolyte membrane, respectively. The electrolyte membrane is a solid polymer thin film that exhibits good proton conductivity in a wet state, and is, for example, a fluorine-based ion exchange membrane. The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are formed by applying a catalyst ink containing, for example, a carbon carrier carrying platinum (Pt) or the like and an ionoma having proton conductivity to an electrolyte membrane. The diffusion layers 12a and 12c are formed of a gas-permeable and conductive material, for example, a porous fiber base material such as carbon fiber or graphite fiber. The diffusion layers 12a and 12c are bonded to the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer, respectively.

セパレータ２０及び３０は、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材である。セパレータ２０及び３０は、ＭＥＧＡ１０－１及び１０－２に挟持されるように積層されている。セパレータ２０は、ＭＥＧＡ１０－１の拡散層１２ｃに当接し、セパレータ３０は、ＭＥＧＡ１０－２の拡散層１２ａに当接している。 The separators 20 and 30 are thin plate-shaped members formed of a material having gas blocking property and conductivity, and are formed of press-formed stainless steel or a metal such as titanium or a titanium alloy. The separators 20 and 30 are laminated so as to be sandwiched between MEGA 10-1 and 10-2. The separator 20 is in contact with the diffusion layer 12c of MEGA10-1, and the separator 30 is in contact with the diffusion layer 12a of MEGA10-2.

セパレータ２０には、Ｘ方向に交互に並んでおりＹ方向に互いに平行に延びたリブ部２１及び溝部２５が形成されている。リブ部２１は、拡散層１２ｃに当接しており、溝部２５は、拡散層１２ｃから退避するように凹んでいる。換言すれば、溝部２５は、拡散層１２ｃから退避するように－Ｚ方向に突出している。拡散層１２ｃと溝部２５との間では、カソードガスが溝部２５に沿って流れ、溝部２５に沿って流れるカソードガスの一部が拡散層１２ｃ内を流れる。 The separator 20 is formed with rib portions 21 and groove portions 25 that are alternately arranged in the X direction and extend in parallel with each other in the Y direction. The rib portion 21 is in contact with the diffusion layer 12c, and the groove portion 25 is recessed so as to retract from the diffusion layer 12c. In other words, the groove portion 25 projects in the −Z direction so as to retract from the diffusion layer 12c. Between the diffusion layer 12c and the groove 25, the cathode gas flows along the groove 25, and a part of the cathode gas flowing along the groove 25 flows in the diffusion layer 12c.

同様に、セパレータ３０には、Ｘ方向に交互に並んでおりＹ方向に互いに平行に延びたリブ部３１及び溝部３５が形成されている。リブ部３１は、拡散層１２ａに当接しており、溝部３５は、拡散層１２ａから退避するように凹んでいる。換言すれば、溝部３５は、拡散層１２ａから退避するように＋Ｚ方向に突出している。拡散層１２ａと溝部３５との間では、アノードガスが溝部３５に沿って流れ、溝部３５に沿って流れるアノードガスの一部が拡散層１２ａ内を流れる。互いにＺ方向で対向するリブ部２１及び３１は、当接せずに互いに離間しているが、Ｚ方向で互いに対向する溝部２５及び３５は、互いに当接している。尚、Ｚ方向で互いに対向するリブ部２１及び３１との間には冷却水が流れる。 Similarly, the separator 30 is formed with rib portions 31 and groove portions 35 that are alternately arranged in the X direction and extend in parallel with each other in the Y direction. The rib portion 31 is in contact with the diffusion layer 12a, and the groove portion 35 is recessed so as to retract from the diffusion layer 12a. In other words, the groove portion 35 projects in the + Z direction so as to retract from the diffusion layer 12a. Between the diffusion layer 12a and the groove 35, the anode gas flows along the groove 35, and a part of the anode gas flowing along the groove 35 flows in the diffusion layer 12a. The rib portions 21 and 31 facing each other in the Z direction are separated from each other without contacting each other, but the groove portions 25 and 35 facing each other in the Z direction are in contact with each other. Cooling water flows between the rib portions 21 and 31 facing each other in the Z direction.

単一の溝部２５は、定常部２６及び浅底部２７を含む。浅底部２７は、隣接するリブ部２１を介して定常部２６に対向するように設けられている。即ち、リブ部２１を介して浅底部２７同士が隣接するようには設けられていない。図２は、上方から見た場合のセパレータ２０の一部を示した模式図である。図２の例では、単一の溝部２５に対して、２つの浅底部２７が、定常部２６を介してＹ方向に一定の間隔を空けて配置されている。溝部２５内の定常部２６に沿ってカソードガスが流れ、浅底部２７を通過する際に、カソードガスの一部が浅底部２７によって拡散層１２ｃ側に案内される。これにより、ＭＥＡ１１のカソード極側に案内されるカソードガスの量が確保されている。ここで、溝部２５の溝幅は常に一定である。即ち、図１に示すように定常部２６での溝幅βと浅底部２７での溝幅αとは同じである。ここで、溝部２５の溝幅は、溝部２５を介して隣接した２つのリブ部２１の間で拡散層１２ｃから離間した部分であって、Ｘ方向での最大幅である。一方、浅底部２７の深さａは、定常部２６の深さｂよりも浅い。ここで、溝部２５の溝深さは、複数のリブ部２１が含まれるＸＹ平面からの－Ｚ方向での深さである。 The single groove 25 includes a stationary portion 26 and a shallow bottom portion 27. The shallow bottom portion 27 is provided so as to face the stationary portion 26 via the adjacent rib portion 21. That is, the shallow bottom portions 27 are not provided so as to be adjacent to each other via the rib portion 21. FIG. 2 is a schematic view showing a part of the separator 20 when viewed from above. In the example of FIG. 2, two shallow bottom portions 27 are arranged at a certain interval in the Y direction via the stationary portion 26 with respect to the single groove portion 25. When the cathode gas flows along the stationary portion 26 in the groove portion 25 and passes through the shallow bottom portion 27, a part of the cathode gas is guided to the diffusion layer 12c side by the shallow bottom portion 27. As a result, the amount of cathode gas guided to the cathode electrode side of MEA 11 is secured. Here, the groove width of the groove portion 25 is always constant. That is, as shown in FIG. 1, the groove width β in the stationary portion 26 and the groove width α in the shallow bottom portion 27 are the same. Here, the groove width of the groove portion 25 is a portion separated from the diffusion layer 12c between two adjacent rib portions 21 via the groove portion 25, and is the maximum width in the X direction. On the other hand, the depth a of the shallow bottom portion 27 is shallower than the depth b of the stationary portion 26. Here, the groove depth of the groove portion 25 is the depth in the −Z direction from the XY plane including the plurality of rib portions 21.

定常部３６の幅は定常部２６の幅と同じであり、深底部３７の幅は浅底部２７の幅と同じである。従って、定常部３６での溝幅βと深底部３７での溝幅αとは同じである。一方、深底部３７の深さｃは、定常部３６の深さｄよりも深い。また、互いに対向する溝部２５及び３５は、常に当接している。即ち、定常部２６及び３６は互いに当接し、浅底部２７及び深底部３７も互いに当接している。ここで、ＭＥＧＡ１０―１及び１０－２間のＺ方向での間隔は略一定である。従って、浅底部２７の深さａと深底部３７の深さｃとの合計は、定常部２６の深さｂと定常部３６の深さｄとの合計と、略同じである。図３Ａ及び図３Ｂは、セパレータ２０及び３０の一部分を示した斜視図である。 The width of the stationary portion 36 is the same as the width of the stationary portion 26, and the width of the deep bottom portion 37 is the same as the width of the shallow bottom portion 27. Therefore, the groove width β in the stationary portion 36 and the groove width α in the deep bottom portion 37 are the same. On the other hand, the depth c of the deep bottom portion 37 is deeper than the depth d of the stationary portion 36. Further, the grooves 25 and 35 facing each other are always in contact with each other. That is, the stationary portions 26 and 36 are in contact with each other, and the shallow bottom portion 27 and the deep bottom portion 37 are also in contact with each other. Here, the distance between MEGA 10-1 and 10-2 in the Z direction is substantially constant. Therefore, the sum of the depth a of the shallow bottom portion 27 and the depth c of the deep bottom portion 37 is substantially the same as the sum of the depth b of the stationary portion 26 and the depth d of the stationary portion 36. 3A and 3B are perspective views showing a part of the separators 20 and 30.

図２に示したように、何れの溝部２５にも、それぞれ２つの浅底部２７が設けられている。これにより、溝部２５をそれぞれ流れるカソードガスの圧損のばらつきの増大が抑制されている。また、図２に示した浅底部２７と重なるように、セパレータ３０の各溝部３５の深底部３７も設けられているため、溝部３５をそれぞれ流れるアノードガスの圧損のばらつきの増大が抑制されている。 As shown in FIG. 2, each groove 25 is provided with two shallow bottom portions 27, respectively. As a result, the increase in the variation in the pressure loss of the cathode gas flowing through the groove 25 is suppressed. Further, since the deep bottom portion 37 of each groove portion 35 of the separator 30 is also provided so as to overlap the shallow bottom portion 27 shown in FIG. 2, the increase in the variation in the pressure loss of the anode gas flowing through the groove portions 35 is suppressed. ..

次に、複数の比較例について説明する。図４Ａは、第１比較例の燃料電池スタック１ｘの部分断面図である。セパレータ２０ｘでは、溝部２５の溝幅は常に一定ではなく、浅底部２７ｘの溝幅αｘは、定常部２６の溝幅βよりも狭い。このため、図４Ａに点線で包囲した部位である、Ｘ方向で浅底部２７ｘと定常部２６との間に位置するリブ部２１の部位と拡散層１２ｃとの接触面積は、Ｘ方向で定常部２６同士により挟まれるリブ部２１の部位と拡散層１２ｃとの接触面積よりも増大している。このため、燃料電池スタック１ｘでのセパレータ２０ｘからの拡散層１２ｃに対する面圧のばらつきが増大して、カソードガスの圧損のばらつきが増大する可能性がある。 Next, a plurality of comparative examples will be described. FIG. 4A is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack 1x of the first comparative example. In the separator 20x, the groove width of the groove portion 25 is not always constant, and the groove width αx of the shallow bottom portion 27x is narrower than the groove width β of the stationary portion 26. Therefore, the contact area between the rib portion 21 located between the shallow bottom portion 27x and the stationary portion 26 in the X direction and the diffusion layer 12c, which is the portion surrounded by the dotted line in FIG. 4A, is the stationary portion in the X direction. It is larger than the contact area between the portion of the rib portion 21 sandwiched between the 26s and the diffusion layer 12c. Therefore, the variation in the surface pressure from the separator 20x to the diffusion layer 12c in the fuel cell stack 1x may increase, and the variation in the pressure loss of the cathode gas may increase.

また、セパレータ３０ｘの溝部３５ｘでは、深底部３７は設けられておらず、常に溝幅が一定である定常部３６が設けられている。更に、互いに対向する定常部２６及び３６は互いに当接しているが、互いに対向する浅底部２７ｘ及び定常部３６は当接していない。溝部３５ｘの深さｄは、部位によらずに常に一定だからである。このため、このような構成によっても更にセパレータ２０ｘから拡散層１２ｃに対する面圧のばらつきが増大し、カソードガスの圧損のばらつきが増大して、カソードガスの圧損のばらつきが増大する可能性がある。 Further, in the groove portion 35x of the separator 30x, the deep bottom portion 37 is not provided, and the stationary portion 36 whose groove width is always constant is provided. Further, the stationary portions 26 and 36 facing each other are in contact with each other, but the shallow bottom portion 27x and the stationary portions 36 facing each other are not in contact with each other. This is because the depth d of the groove portion 35x is always constant regardless of the portion. Therefore, even with such a configuration, the variation in the surface pressure from the separator 20x to the diffusion layer 12c may further increase, the variation in the pressure loss of the cathode gas may increase, and the variation in the pressure loss of the cathode gas may increase.

また、互いに対向する定常部２６及び３６は互いに当接しているが、互いに対向する浅底部２７ｘ及び定常部３６は当接していないため、セパレータ３０ｘから拡散層１２ａに対する面圧のばらつきが増大して拡散層１２ａの撓みが不均一となり、アノードガスの圧損のばらつきが増大する可能性がある。 Further, the stationary portions 26 and 36 facing each other are in contact with each other, but the shallow bottom portion 27x and the stationary portions 36 facing each other are not in contact with each other, so that the variation in the surface pressure from the separator 30x to the diffusion layer 12a increases. The deflection of the diffusion layer 12a may become non-uniform, and the variation in pressure loss of the anode gas may increase.

図４Ｂは、第２比較例の燃料電池スタック１ｙの部分断面図である。燃料電池スタック１ｙでは、セパレータ２０を採用している点で上述した本実施例の燃料電池スタック１と同じであるが、セパレータ３０ｙを採用している点で上述した本実施例と異なっている。セパレータ２０の浅底部２７と対向したセパレータ３０ｙの定常部３６ｙは、共に溝幅αであるが、溝高さｄを有しているため、定常部３６ｙは浅底部２７には当接していない。従って、このような構成によっても更にセパレータ２０から拡散層１２ｃに対する面圧のばらつき、及びセパレータ３０ｙから拡散層１２ａに対する面圧のばらつきが増大し、カソードガス及びアノードガスの圧損のばらつきが増大する可能性がある。 FIG. 4B is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack 1y of the second comparative example. The fuel cell stack 1y is the same as the fuel cell stack 1 of the present embodiment in that the separator 20 is adopted, but is different from the above-described embodiment in that the separator 30y is adopted. The stationary portion 36y of the separator 30y facing the shallow bottom portion 27 of the separator 20 both has a groove width α, but has a groove height d, so that the stationary portion 36y does not abut on the shallow bottom portion 27. Therefore, even with such a configuration, the variation in the surface pressure from the separator 20 to the diffusion layer 12c and the variation in the surface pressure from the separator 30y to the diffusion layer 12a can be further increased, and the variation in the pressure loss of the cathode gas and the anode gas can be increased. There is sex.

しかしながら本実施例では、互いに対向した定常部２６及び３６は互いに当接し、互いに対向した浅底部２７及び深底部３７は互いに当接しており、また、互いに対向した定常部２６及び３６のそれぞれの溝幅βと、互いに対向した浅底部２７及び深底部３７のそれぞれの溝幅αとは、同じである。このため、セパレータ２０からの拡散層１２ｃに対する面圧のばらつきの増大が抑制され、セパレータ３０からの拡散層１２ａに対する面圧のばらつきの増大が抑制されている。これにより、カソードガス及びアノードガスの圧損のばらつきの増大が抑制され、カソードガス及びアノードガスをＭＥＡ１１に沿って均一に流すことができ、発電効率が向上する。 However, in this embodiment, the stationary portions 26 and 36 facing each other are in contact with each other, the shallow bottom portion 27 and the deep bottom portion 37 facing each other are in contact with each other, and the grooves of the stationary portions 26 and 36 facing each other are respectively. The width β and the groove width α of each of the shallow bottom portion 27 and the deep bottom portion 37 facing each other are the same. Therefore, the increase in the variation in the surface pressure from the separator 20 to the diffusion layer 12c is suppressed, and the increase in the variation in the surface pressure from the separator 30 to the diffusion layer 12a is suppressed. As a result, the increase in the variation in pressure loss of the cathode gas and the anode gas is suppressed, the cathode gas and the anode gas can be uniformly flowed along the MEA 11, and the power generation efficiency is improved.

上記実施例では、定常部２６及び３６のそれぞれの深さｂ及びｄは同じであるがこれに限定されない。浅底部２７の深さａが定常部２６の深さｂよりも浅く、深底部３７の深さｃが定常部３６の深さｄよりも深ければ、定常部２６の深さｂが定常部３６の深さｄよりも深くても浅くてもよい。 In the above embodiment, the depths b and d of the stationary portions 26 and 36 are the same, but are not limited thereto. If the depth a of the shallow bottom portion 27 is shallower than the depth b of the stationary portion 26 and the depth c of the deep bottom portion 37 is deeper than the depth d of the stationary portion 36, the depth b of the stationary portion 26 is the stationary portion 36. It may be deeper or shallower than the depth d of.

上記実施例では、図２に示したように、浅底部２７の密度が均一となるように配置されているが、これに限定されずに、浅底部２７の密度が位置によってことなるように配置されていてもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the shallow bottom portion 27 is arranged so that the density is uniform, but the density of the shallow bottom portion 27 is not limited to this, and the density of the shallow bottom portion 27 is arranged to be different depending on the position. It may have been done.

上記実施例では、セパレータ２０のリブ部２１及び溝部２５と、セパレータ３０のリブ部３１及び溝部３５とが同じ方向に延びているがこれに限定されない。例えば、セパレータ２０のリブ部２１及び溝部２５が延びた方向と、セパレータ３０のリブ部３１及び溝部３５が延びた方向とが、交差していてもよい。この場合、溝部２５及び３５は、浅底部２７と深底部３７とで当接していればよい。 In the above embodiment, the rib portion 21 and the groove portion 25 of the separator 20 and the rib portion 31 and the groove portion 35 of the separator 30 extend in the same direction, but the present invention is not limited to this. For example, the direction in which the rib portion 21 and the groove portion 25 of the separator 20 are extended may intersect with the direction in which the rib portion 31 and the groove portion 35 of the separator 30 are extended. In this case, the groove portions 25 and 35 may be in contact with each other at the shallow bottom portion 27 and the deep bottom portion 37.

上記実施例では、浅底部２７を備えたセパレータ２０をカソードセパレータとして用い、深底部３７を備えたセパレータ３０をアノードセパレータとして用いたがこれに限定されず、セパレータ２０をアノードセパレータとして用いてもよいし、セパレータ３０をカソードセパレータとして用いてもよい。 In the above embodiment, the separator 20 having the shallow bottom portion 27 is used as the cathode separator, and the separator 30 having the deep bottom portion 37 is used as the anode separator, but the present invention is not limited to this, and the separator 20 may be used as the anode separator. Alternatively, the separator 30 may be used as the cathode separator.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and variations are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１ 燃料電池スタック
１０－１、１０－２ 膜電極ガス拡散層接合体
２０ カソードセパレータ
３０ アノードセパレータ
２１、３１ リブ部
２５、３５ 溝部
２６、３６ 定常部
２７ 浅底部
３７ 深底部 1 Fuel cell stack 10-1, 10-2 Membrane electrode gas diffusion layer junction 20 Cathode separator 30 Anode separator 21, 31 Rib 25, 35 Groove 26, 36 Steady 27 Shallow bottom 37 Deep bottom

Claims (1)

膜電極を一対のガス拡散層で挟持した第１膜電極ガス拡散層接合体と、
膜電極を一対のガス拡散層で挟持した第２膜電極ガス拡散層接合体と、
前記第１膜電極ガス拡散層接合体に当接した第１セパレータと、
前記第１セパレータと前記第２膜電極ガス拡散層接合体とに挟持された第２セパレータと、を備え、
前記第１セパレータは、互いに隣接した第１リブ部及び第１溝部を含み、
前記第２セパレータは、互いに隣接した第２リブ部及び第２溝部を含み、
前記第１リブ部は、前記第１膜電極ガス拡散層接合体に当接し、
前記第１溝部は、前記第１膜電極ガス拡散層接合体から退避して前記第１膜電極ガス拡散層接合体との間で第１反応ガスが流れ、
前記第２リブ部は、前記第２膜電極ガス拡散層接合体に当接し、
前記第２溝部は、前記第２膜電極ガス拡散層接合体から退避して前記第２膜電極ガス拡散層接合体との間で第２反応ガスが流れ、
前記第１及び第２溝部は、少なくとも一部分で互いに当接し、
前記第１溝部は、溝深さが一定である第１定常部と、前記第１定常部と溝幅が同じであって溝深さが浅い浅底部と、を含み、
前記第２溝部は、前記第１定常部に当接し溝深さが一定である第２定常部と、前記第２定常部よりも溝深さが深く前記浅底部に当接した深底部と、を含み、
前記第１定常部及び浅底部は、単一の前記第１溝部に形成され、
前記第２定常部及び深底部は、単一の前記第２溝部に形成されている、
燃料電池スタック。
A first membrane electrode gas diffusion layer junction in which a membrane electrode is sandwiched between a pair of gas diffusion layers,
A second membrane electrode gas diffusion layer junction in which a membrane electrode is sandwiched between a pair of gas diffusion layers,
The first separator in contact with the first film electrode gas diffusion layer junction and
A second separator sandwiched between the first separator and the second membrane electrode gas diffusion layer bonded body is provided.
The first separator includes a first rib portion and a first groove portion adjacent to each other.
The second separator includes a second rib portion and a second groove portion adjacent to each other.
The first rib portion abuts on the first membrane electrode gas diffusion layer joint body, and the first rib portion abuts on the first film electrode gas diffusion layer joint body.
The first groove portion is retracted from the first film electrode gas diffusion layer joint body, and the first reaction gas flows between the first film electrode gas diffusion layer joint body and the first film electrode gas diffusion layer joint body.
The second rib portion abuts on the second membrane electrode gas diffusion layer bonded body, and is in contact with the second film electrode gas diffusion layer joint body.
The second groove portion is retracted from the second film electrode gas diffusion layer joint body, and the second reaction gas flows between the second film electrode gas diffusion layer joint body and the second film electrode gas diffusion layer joint body.
The first and second grooves are in contact with each other at least in part, and the first and second grooves are in contact with each other.
The first groove portion includes a first stationary portion having a constant groove depth and a shallow bottom portion having the same groove width as the first stationary portion and a shallow groove depth.
The second groove portion includes a second stationary portion that is in contact with the first stationary portion and has a constant groove depth, and a deep bottom portion that has a deeper groove depth than the second stationary portion and is in contact with the shallow bottom portion. Including
The first stationary portion and the shallow bottom portion are formed in a single first groove portion.
The second stationary portion and the deep bottom portion are formed in a single second groove portion.
Fuel cell stack.
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