JPH0950817A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JPH0950817A
JPH0950817A JP7198807A JP19880795A JPH0950817A JP H0950817 A JPH0950817 A JP H0950817A JP 7198807 A JP7198807 A JP 7198807A JP 19880795 A JP19880795 A JP 19880795A JP H0950817 A JPH0950817 A JP H0950817A
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JP
Japan
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anode
anode gas
gas
rib
fuel cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP7198807A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Nakaoka
透 中岡
Koji Yasuo
耕司 安尾
Hiroyuki Kawamura
博行 河村
Yukinori Akiyama
幸徳 秋山
Yasuhiko Ito
靖彦 伊藤
Yasuo Miyake
泰夫 三宅
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0950817A publication Critical patent/JPH0950817A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell of which current density can be uniformalized in a reaction gas inlet side and an outlet side in an anode and a cathode. SOLUTION: A rib 3 and a gas groove 4 formed on the side (an anode side reaction part 25) of a separator sheet 2 opposed to an anode 13 are so formed as to be narrow and deep in the anode gas outlet side 25b as compared with those in the anode gas inlet side 25a. The ratio (rib ratio) of the width of the rib 3 to the total of the width of the rib 3 and the width of the gas groove 4 is set to be at least 0.4 and at most 0.7. The width of the rib 3 is set to be at least 0.2mm and at most 0.4mm.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
特にセパレータ板の改良に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell,
Particularly, it relates to improvement of the separator plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、アノードガス(水素リッチ
な燃料ガス)及びカソードガス(空気等の酸化剤ガス)
を供給させ、その際の電気化学反応により発電してい
る。高電圧を取り出すのに有利な積層型燃料電池におい
ては、電解質層の一方の側にアノードを配し他方の側に
カソードを配したセルと、セパレータ板とを交互に複数
枚積層して構成されており、セパレータ板のアノード及
びカソードと対向する部分には、リブ及びガス流通路
(ガス溝)が形成されている。
2. Description of the Related Art A fuel cell has an anode gas (hydrogen-rich fuel gas) and a cathode gas (oxidizer gas such as air).
Is supplied, and electricity is generated by the electrochemical reaction at that time. A laminated fuel cell that is advantageous for taking out a high voltage is configured by alternately stacking a plurality of cells in which an anode is arranged on one side of an electrolyte layer and a cathode is arranged on the other side, and a separator plate. Ribs and gas flow passages (gas grooves) are formed in the portion of the separator plate facing the anode and cathode.

【0003】ここで、前記セパレータ板はセルとセルと
の間にあってアノードガスとカソードガスを分離する働
きをすると共に、リブはアノード及びカソードから集電
する働きをし、ガス溝はアノード及びカソードにアノー
ドガス及びカソードガスをそれぞれ効率よく分配、流通
させる働きをしている。ところで、アノードガス及びカ
ソードガスの分配流通の効率並びに集電の効率等を考慮
して、リブ及びガス溝の断面を正方形、長方形、台形等
にしたり、ガス溝の幅やリブの幅をできるだけ細く形成
する、といった工夫がなされていた。
Here, the separator plate is located between the cells to separate the anode gas and the cathode gas, the rib serves to collect current from the anode and the cathode, and the gas groove is formed in the anode and the cathode. It works to efficiently distribute and distribute the anode gas and the cathode gas, respectively. By the way, considering the efficiency of distribution and distribution of anode gas and cathode gas, the efficiency of current collection, etc., the ribs and gas grooves may have a square, rectangular, trapezoidal cross section, or the width of the gas grooves and the width of the ribs should be as narrow as possible. The idea was to form it.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池においては、一般的にリブ及びガス溝は、ガス入口
側と出口側とで同じように形成されていたため、ガス濃
度が高いガス入口側では電流密度が高く、ガス出口側で
は電流密度が低くなり、セルの面内における電流密度が
不均一になるという問題があった。この問題はアノード
側(燃料ガス側)で顕著であった。
In such a conventional fuel cell, since the rib and the gas groove are generally formed in the same way on the gas inlet side and the gas outlet side, the gas inlet having a high gas concentration is formed. There is a problem in that the current density is high on the side of the cell and low on the gas outlet side, and the current density in the plane of the cell becomes non-uniform. This problem was remarkable on the anode side (fuel gas side).

【0005】上記の問題に対する対策も考えられてお
り、例えば、実願平2−107191号には、ガス溝幅
をガス入口側より出口側で小さく形成する等の手段によ
り、ガス入口側よりガス出口側の方がガス流れ抵抗が大
きくなるように構成された燃料電池が開示されている。
この場合、ガス出口側にも多量の反応ガスが供給される
ので、電流密度の均一化の効果が得られる。
Measures against the above problems have been considered, for example, in Japanese Patent Application No. 2-107191, gas is introduced from the gas inlet side by means such as forming the gas groove width smaller on the gas inlet side than on the gas inlet side. A fuel cell is disclosed in which the gas flow resistance is higher on the outlet side.
In this case, since a large amount of reaction gas is supplied also to the gas outlet side, the effect of making the current density uniform can be obtained.

【0006】しかしながら、このようにガス溝幅をガス
出口側で小さく形成する場合、アノードやカソードのガ
ス溝と対向する箇所への反応ガスの供給については、よ
く均一化することができるが、比較的反応ガスが行き渡
りにくいリブと対向する箇所に対しては、均一化する効
果はあまりないと考えられるため、アノードやカソード
のどの箇所においても電流密度を均一化する上では好ま
しいとは言えない。
However, when the gas groove width is formed small on the gas outlet side as described above, the supply of the reaction gas to the portion facing the gas groove of the anode or the cathode can be made uniform, but a comparison is made. Since it is considered that there is not so much effect of uniformizing the portion facing the rib where the reactive gas is hard to spread, it is not preferable for uniforming the current density in any portion of the anode and the cathode.

【0007】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、アノ
ード及びカソードのリブと対向する箇所においても、反
応ガスの入口側と出口側とで電流密度を均一化すること
のできる燃料電池を提供することを目的としている。
Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a fuel cell in which the current density can be made uniform on the inlet side and the outlet side of the reaction gas even at the locations facing the ribs of the anode and the cathode. Is intended.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述したように、燃料電
池における発電は、セルのアノードにアノードガス(燃
料ガス)が、カソードにカソードガス(酸化剤ガス)が
供給され、これらが電気化学反応をすることによってな
される。したがって、アノードガスは、アノードガス溝
を流通する際にアノードで消費されていき、アノードガ
スの濃度は、アノードガス入口側に比べて出口側が低く
なる。即ち、アノードガス入口側に比べて出口側の方
が、アノードに対するアノードガスの供給濃度が低下す
る傾向となり、前記セルの電流密度が低下する傾向とな
る。
As described above, in power generation in a fuel cell, an anode gas (fuel gas) is supplied to the cell anode and a cathode gas (oxidant gas) is supplied to the cathode, and these are subjected to an electrochemical reaction. Done by doing. Therefore, the anode gas is consumed in the anode when flowing through the anode gas groove, and the concentration of the anode gas becomes lower on the outlet side than on the anode gas inlet side. That is, the concentration of the anode gas supplied to the anode tends to be lower on the outlet side than on the anode gas inlet side, and the current density of the cell tends to be lower.

【0009】そこで、上記課題を解決するため、請求項
1記載の燃料電池においては、電解質層にアノード及び
カソードを配したセルと、前記アノードと対向する面に
アノードガスが流通するアノードガス溝と前記アノード
から集電を行うリブとが交互に形成されたセパレータ板
と、が積層されてなる燃料電池において、前記リブ幅
は、アノードガスの入口側よりも出口側が小さいことを
特徴としている。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, in the fuel cell according to claim 1, a cell in which an anode and a cathode are arranged in an electrolyte layer and an anode gas groove through which an anode gas flows on a surface facing the anode. In the fuel cell in which a separator plate in which ribs for collecting current from the anode are alternately formed is stacked, the rib width is smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side.

【0010】リブ幅が小さい程アノードに対するアノー
ドガスの拡散性が向上するので、リブ幅をアノードガス
入口側よりも出口側で小さくすることにより、アノード
へのアノードガスの供給を向上させることができる。し
たがって、上記のアノードガスの濃度低下による電流密
度の低下分を補い、セルの電流密度の大きさを、アノー
ドガス入口側と出口側とで均一化することができる。
The smaller the rib width is, the more the diffusibility of the anode gas to the anode is improved. Therefore, by making the rib width smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side, the supply of the anode gas to the anode can be improved. . Therefore, it is possible to compensate for the decrease in the current density due to the decrease in the concentration of the anode gas and to make the current density of the cell uniform on the inlet side and the outlet side of the anode gas.

【0011】請求項2記載の燃料電池においては、前記
アノードガス溝の溝幅も、アノードガスの入口側よりも
出口側が小さいことを特徴としている。アノードガス溝
の溝幅が小さい程、リブのアノードからの集電性能が向
上する。これによって、更に、セルの電流密度をアノー
ドガス入口側と出口側とで均一化する効果を上げること
ができる。
According to a second aspect of the fuel cell, the groove width of the anode gas groove is smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side. The smaller the groove width of the anode gas groove, the more improved the current collection performance from the anode of the rib. This can further enhance the effect of making the current density of the cell uniform on the anode gas inlet side and the anode gas outlet side.

【0012】請求項3記載の燃料電池においては、前記
アノード及びカソードは、矩形状であって、前記セパレ
ータ板において、前記アノードガス溝及びリブの数は、
アノードガスの入口側よりも出口側が多いことを特徴と
している。したがって、セパレータ板に形成される複数
のアノードガス溝及びリブを互いに平行に形成しなが
ら、アノードガス溝及びリブの幅を、アノードガス入口
側よりも出口側で小さくすることができる。
In the fuel cell according to claim 3, the anode and the cathode are rectangular, and the number of the anode gas grooves and the ribs in the separator plate is
It is characterized in that there are more outlet sides than anode gas inlet sides. Therefore, the widths of the anode gas grooves and ribs can be made smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side while forming the plurality of anode gas grooves and ribs formed in the separator plate in parallel with each other.

【0013】請求項4記載の燃料電池においては、前記
アノードガス溝は、アノードガスの入口側より出口側で
深く形成されていることを特徴としている。したがっ
て、アノードガス溝の溝幅をアノードガス入口側よりも
出口側で小さく形成することによって生じる、アノード
ガスの圧力損失を抑制することができる。
The fuel cell according to claim 4 is characterized in that the anode gas groove is formed deeper on the outlet side than on the inlet side of the anode gas. Therefore, it is possible to suppress the pressure loss of the anode gas caused by forming the groove width of the anode gas groove smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side.

【0014】請求項5記載の燃料電池においては、前記
アノードは、扇形状であって、前記アノードガス溝及び
前記リブは、前記アノードの扇形に対応して、放射状に
形成されていることを特徴としている。したがって、ア
ノードガス溝及びリブの幅を、アノードガス入口側から
出口側にかけて、連続的に小さくなるように形成するこ
とができる。
In the fuel cell according to the present invention, the anode is fan-shaped, and the anode gas grooves and the ribs are formed radially corresponding to the fan-shaped anode. I am trying. Therefore, the width of the anode gas groove and the rib can be continuously reduced from the anode gas inlet side to the outlet side.

【0015】請求項6記載の燃料電池においては、アノ
ードガスの入口側から出口側の全域にわたって、前記リ
ブ幅と前記溝幅との和に対する該リブ幅の比率が、0.
4以上0.7以下の範囲内にあることを特徴としてい
る。この比率は、実験により求められた範囲であり、燃
料電池の性能にとって好ましい値である。
In the fuel cell according to the sixth aspect, the ratio of the rib width to the sum of the rib width and the groove width is 0.
It is characterized by being in the range of 4 or more and 0.7 or less. This ratio is in a range determined by experiments and is a preferable value for the performance of the fuel cell.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照しながら具体的に説明する。 (実施例1)図1は本実施例の燃料電池の部分分解斜視
図である。本実施例の燃料電池は、固体電解質型であっ
て、セル1とセパレータ板2とを交互に所定枚数積層
し、その上下両端面を図示しない一対の端板で押さえつ
けて構成されている。ここで、セル1とセパレータ板2
との積層枚数は、必要な発電電圧や装置の大きさ等に応
じて数十枚〜数百枚に設定されるが、図1においては省
略してある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a partially exploded perspective view of a fuel cell of this embodiment. The fuel cell of this example is a solid electrolyte type, and is constituted by alternately stacking a predetermined number of cells 1 and separator plates 2 and pressing the upper and lower end surfaces thereof with a pair of end plates (not shown). Here, the cell 1 and the separator plate 2
The number of stacked sheets of and is set to several tens to several hundreds depending on the required power generation voltage, the size of the device, etc., but is omitted in FIG.

【0017】セル1は、図1に示すように、固体電解質
板11の中央部の上面にカソード12を配し、下面にア
ノード13を(電解質板11を挟んでカソード12と面
対称に)配して構成されている。電解質板11の前方両
端部には、アノードガス排出側内部マニホールドを形成
するための開口部14,14が開設され、前方中央部に
はカソードガス供給側内部マニホールドを形成するため
の開口部15が開設されている。一方、電解質板11の
後方中央部にはアノードガス供給側内部マニホールドを
形成するための開口部(図示せず)が開設されている。
In the cell 1, as shown in FIG. 1, a cathode 12 is arranged on the upper surface of the central portion of a solid electrolyte plate 11, and an anode 13 is arranged on the lower surface (in plane symmetry with the cathode 12 with the electrolyte plate 11 in between). Is configured. Openings 14, 14 for forming the anode gas discharge side internal manifold are formed at both front ends of the electrolyte plate 11, and an opening 15 for forming the cathode gas supply side internal manifold is formed in the front center part. It has been opened. On the other hand, an opening (not shown) for forming an anode gas supply side internal manifold is formed in the rear center of the electrolyte plate 11.

【0018】セパレータ板2は、ニッケルクロム合金
(インコネル)により所定の大きさ(例えば150mm
×150mm×4mm)に形成されている。図2はセパ
レータ板2の図1における下面側の平面図である。以
下、図2も参照しながら説明する。セパレータ板2の上
下両面には、積層された際に前記カソード12及びアノ
ード13と対向する部分(以下、それぞれカソード側反
応部24及びアノード側反応部25と称する。)に、ガ
ス流通方向と平行して複数本のリブ5,3、及びガス溝
6,4が形成されている。なお、図1では、カソード側
反応部24は、アノード側反応部25の裏側に位置する
ため、図示していない。
The separator plate 2 is made of nickel chromium alloy (Inconel) and has a predetermined size (for example, 150 mm).
× 150 mm × 4 mm). 2 is a plan view of the lower surface side of the separator plate 2 in FIG. Hereinafter, description will be made with reference to FIG. On both upper and lower surfaces of the separator plate 2, the portions facing the cathode 12 and the anode 13 when laminated (hereinafter referred to as the cathode side reaction section 24 and the anode side reaction section 25, respectively) are parallel to the gas flow direction. Then, a plurality of ribs 5, 3 and gas grooves 6, 4 are formed. In FIG. 1, the cathode side reaction section 24 is not shown because it is located on the back side of the anode side reaction section 25.

【0019】セパレータ板2の前方両端部にはアノード
ガス排出側内部マニホールドを形成するための開口部2
1,21が開設され、前方中央部にはカソードガス供給
側内部マニホールドを形成するための開口部22が開設
されている。一方、セパレータ板2の後方中央部にはア
ノードガス供給側内部マニホールドを形成するための開
口部23が開設されている。ここで、セパレータ2の各
開口部21,22,23は、積層された際にセル1の開
口部14,15等とそれぞれ重なり合うようになってい
る。
Openings 2 for forming internal manifolds on the anode gas discharge side are formed at both front ends of the separator plate 2.
1, 21 are opened, and an opening 22 for forming the cathode gas supply side internal manifold is formed in the front center part. On the other hand, an opening 23 for forming an anode gas supply side internal manifold is formed in the rear center of the separator plate 2. Here, the openings 21, 22, and 23 of the separator 2 are adapted to overlap the openings 14 and 15 and the like of the cell 1 when laminated.

【0020】なお、前記開口部22及び23は、隔壁2
a,2bによって、それぞれ複数個の開口部22a及び
23aに仕切られている。その結果、セパレータ板2の
前後両端部の機械的強度が保たれると共に、カソードガ
ス及びアノードガスを複数のガス溝6,6…及び4,4
…に均一に分配させることができる。一方、セパレータ
板2の下面の後方両端部には凹部26,26(図1にお
いては図示せず)が形成されており、該凹部26,26
を通ってカソードガスが燃料電池外部へ排出されるよう
になっている。
The openings 22 and 23 are formed in the partition wall 2.
It is divided into a plurality of openings 22a and 23a by a and 2b. As a result, the mechanical strength of the front and rear ends of the separator plate 2 is maintained, and the cathode gas and the anode gas are supplied to the plurality of gas grooves 6, 6 ...
Can be evenly distributed over. On the other hand, recesses 26, 26 (not shown in FIG. 1) are formed at both rear ends of the lower surface of the separator plate 2, and the recesses 26, 26 are formed.
The cathode gas is discharged to the outside of the fuel cell through the.

【0021】続いて、前記リブ5,3及びガス溝6,4
の構成について説明する。図3(a)は図1におけるX
1−X1線断面の一部拡大図であり、(b)はX2−X
2線断面の一部拡大図である。まず、カソード側反応部
24に形成されているリブ5及びカソードガス溝6は、
図2及び図3に示すように、幅1.8mm、高さ(深
さ)1mmである。
Then, the ribs 5 and 3 and the gas grooves 6 and 4 are formed.
The configuration of will be described. FIG. 3A shows X in FIG.
It is a partially enlarged view of the 1-X1 line cross section, (b) is X2-X.
It is a partially expanded view of a two-line cross section. First, the rib 5 and the cathode gas groove 6 formed in the cathode side reaction portion 24 are
As shown in FIGS. 2 and 3, the width is 1.8 mm and the height (depth) is 1 mm.

【0022】一方、アノード側反応部25は、図1に示
すように、アノードガス入口側25a及びアノードガス
出口側25bの2つの領域にほぼ二等分されている。ア
ノードガス入口側25aに形成されているリブ3a及び
アノードガス溝4aは、図1及び図3に示すように、幅
1.8mm、高さ(深さ)1mmであり、一方、アノー
ドガス出口側25bに形成されているリブ3b及びアノ
ードガス溝4bは、幅1mm、高さ(深さ)2mmであ
る。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the anode side reaction section 25 is substantially divided into two regions, an anode gas inlet side 25a and an anode gas outlet side 25b. The rib 3a and the anode gas groove 4a formed on the anode gas inlet side 25a have a width of 1.8 mm and a height (depth) of 1 mm, as shown in FIGS. The rib 3b and the anode gas groove 4b formed on 25b have a width of 1 mm and a height (depth) of 2 mm.

【0023】即ち、アノードガス入口側25aにおける
リブ3a及びガス溝4aの形状に比べて、アノードガス
出口側25bでは、リブ3b及びアノードガス溝3bの
幅が狭くそれぞれの本数が増加されていると共に、アノ
ードガス入口側25aに比べてアノードガス出口側25
bで、アノードガス溝4bの深さが深く設定されてい
る。ここで、リブ3,5及びガス溝4,6は、放電加工
によって形成される。
That is, compared with the shapes of the ribs 3a and the gas grooves 4a on the anode gas inlet side 25a, the widths of the ribs 3b and the anode gas grooves 3b are narrower on the anode gas outlet side 25b, and the number of each rib is increased. , The anode gas outlet side 25 compared to the anode gas inlet side 25a
At b, the depth of the anode gas groove 4b is set deep. Here, the ribs 3 and 5 and the gas grooves 4 and 6 are formed by electric discharge machining.

【0024】なお、開口部23とアノードガス入口側2
5aとの間、及びアノードガス出口側25bと開口部2
1との間のアノードガス通路は、リブ3の上面から深さ
1mmで形成されている。また、アノードガス溝4aの
下流端部41とアノードガス溝4bの上流端部42との
間では深さが1mmから2mmに連続的に深くなり、ア
ノードガス溝4bの下流端部43から再び深さが2mm
から1mmに連続的に浅くなっている。
The opening 23 and the anode gas inlet side 2
5a, and the anode gas outlet side 25b and the opening 2
The anode gas passage between the first and second ribs 1 and 1 has a depth of 1 mm from the upper surface of the rib 3. The depth between the downstream end portion 41 of the anode gas groove 4a and the upstream end portion 42 of the anode gas groove 4b continuously increases from 1 mm to 2 mm, and the depth increases again from the downstream end portion 43 of the anode gas groove 4b. 2 mm
To 1 mm continuously shallow.

【0025】上記構成の燃料電池においては、アノード
ガスは、図1に示すように、アノードガス供給マニホー
ルドを上方から下方へ流通しながら、各セパレータ板2
のアノード側反応部25に分配される(白抜き矢印P
1)。そして、分配されたアノードガスは、各アノード
ガス溝4,4…を流通し(白抜き矢印P2)、アノード
13で電気化学反応に供された後、未反応のアノードガ
スは、アノードガス排出マニホールドを上方から下方へ
流通する(白抜き矢印P3)。
In the fuel cell having the above structure, the anode gas flows through the anode gas supply manifold from the upper side to the lower side as shown in FIG.
To the anode side reaction part 25 (white arrow P
1). Then, the distributed anode gas flows through the respective anode gas grooves 4, 4 ... (White arrow P2), and after being subjected to an electrochemical reaction at the anode 13, the unreacted anode gas is converted into an anode gas exhaust manifold. Flow from above to below (white arrow P3).

【0026】一方、カソードガスは、図1及び図2に示
すように、開口部22,15からなるカソードガス供給
マニホールドを上方から下方へ(図2では紙面裏から表
へ)流通しながら、各セパレータ板2のカソードガス反
応部24へ分配される(白抜き矢印P4)。そして、分
配されたカソードガスは、各カソードガス溝6,6…を
流通し(白抜き矢印P5)、カソード12で電気化学反
応に供された後、凹部26,26を通って燃料電池外部
へ排出される(白抜き矢印P6)。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the cathode gas flows through the cathode gas supply manifold consisting of the openings 22 and 15 from the upper side to the lower side (from the back side to the front side in FIG. 2). It is distributed to the cathode gas reaction part 24 of the separator plate 2 (white arrow P4). Then, the distributed cathode gas flows through the respective cathode gas grooves 6, 6 ... (White arrow P5), is subjected to an electrochemical reaction at the cathode 12, and then passes through the recesses 26, 26 to the outside of the fuel cell. It is discharged (white arrow P6).

【0027】ところで、図3(a)及び(b)に示すよ
うに、リブ3の幅及びアノードガス溝4の幅は、アノー
ドガス入口側24aに比べてアノードガス出口側24b
で狭く設定されている。したがって、アノードガス入口
側25aとアノードガス出口側25bとの間で、アノー
ドガスのアノード13への最長拡散経路J1及びJ2
と、集電部となるリブ3までの最長電流経路J3及びJ
4とをそれぞれ比較した場合、ともにアノードガス入口
側25aに比べてアノードガス出口側25bで短くな
る。
By the way, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the width of the rib 3 and the width of the anode gas groove 4 are larger than those of the anode gas inlet side 24a.
It is set to be narrow. Therefore, the longest diffusion paths J1 and J2 of the anode gas to the anode 13 are provided between the anode gas inlet side 25a and the anode gas outlet side 25b.
And the longest current path J3 and J to the rib 3 which becomes the current collector
When compared with 4 respectively, both are shorter on the anode gas outlet side 25b than on the anode gas inlet side 25a.

【0028】ここで、最長拡散経路は、図3に矢印J
1,J2で示すように、アノードガス溝4a,4bか
ら、アノード13と電解質板11との境界までの経路の
中で最長のものを指す。即ち、アノードガス溝4a,4
bの端から、アノード13と電解質板11との境界のリ
ブ3a,3bの中央に対向する位置までの経路を指す。
また、最長電流経路は、図3に矢印J3,J4で示すよ
うに、アノード13と電解質板11との境界から、リブ
3a,3bまでの経路の中で最長のものを指す。即ち、
アノード13と電解質板11との境界のアノードガス溝
4a,4bの中央に対向する位置から、リブ3a,3b
までの経路を指す。
Here, the longest diffusion path is indicated by the arrow J in FIG.
1, J2, it means the longest path from the anode gas grooves 4a, 4b to the boundary between the anode 13 and the electrolyte plate 11. That is, the anode gas grooves 4a, 4
The path from the end of b to the position facing the center of the ribs 3a and 3b at the boundary between the anode 13 and the electrolyte plate 11.
Further, the longest current path refers to the longest path among the paths from the boundary between the anode 13 and the electrolyte plate 11 to the ribs 3a and 3b, as shown by arrows J3 and J4 in FIG. That is,
Ribs 3a, 3b from the position facing the center of the anode gas grooves 4a, 4b at the boundary between the anode 13 and the electrolyte plate 11.
Refers to the route to.

【0029】その結果、前記電気化学反応の進行に伴っ
てアノードガスの濃度が低下した場合でも、アノードガ
ス入口側25aに比べてアノードガス出口側25bの最
長拡散経路J2を小さくすることによりアノード13へ
のアノードガスの供給を向上させ、最長電流経路J4を
小さくすることにより燃料電池の内部抵抗を減らすこと
ができる。したがって、燃料電池のアノードガス入口側
25aとアノードガス出口側25bとで電流密度分布の
均一化を図ることができる。
As a result, even when the concentration of the anode gas decreases as the electrochemical reaction progresses, the longest diffusion path J2 on the anode gas outlet side 25b is made smaller than that on the anode gas inlet side 25a, whereby the anode 13 The internal resistance of the fuel cell can be reduced by improving the supply of the anode gas to the anode and reducing the longest current path J4. Therefore, the current density distribution can be made uniform on the anode gas inlet side 25a and the anode gas outlet side 25b of the fuel cell.

【0030】なお、アノードガス出口側25bにおい
て、アノードガス溝4の幅が1.8mmから1mmと狭
くなっているが、深さが2mmと深くなっているため、
圧力損失の増大が防止される。本実施例の効果は、以下
の実験1によっても示される。図6は本実施例に係る燃
料電池と従来例に係る燃料電池との発電寿命特性の違い
について示す図である。なお、従来例の燃料電池は、本
実施例の燃料電池と比べて全体的な構成は同じである
が、セパレータ板2のアノード側反応部25に形成され
ているリブ3及びガス溝4の形状が異なっている。即
ち、リブ及びガス溝が上流側から下流側にわたって、一
定の幅1.8mm、高さ(深さ)1mmで連続的に形成
されている。
On the anode gas outlet side 25b, the width of the anode gas groove 4 is narrowed from 1.8 mm to 1 mm, but the depth is as deep as 2 mm.
Increased pressure loss is prevented. The effect of this example is also shown by the following Experiment 1. FIG. 6 is a diagram showing a difference in power generation life characteristics between the fuel cell according to the present embodiment and the fuel cell according to the conventional example. The fuel cell of the conventional example has the same overall structure as that of the fuel cell of the present embodiment, but the shapes of the ribs 3 and the gas grooves 4 formed in the anode side reaction portion 25 of the separator plate 2 are the same. Are different. That is, the rib and the gas groove are continuously formed from the upstream side to the downstream side with a constant width of 1.8 mm and a height (depth) of 1 mm.

【0031】実験1では本実施例と従来例の燃料電池を
用い、セル電圧の時間的変化を調べた。なお、各燃料電
池の電極面積130cm2 、電流密度0.5A/c
2 、アノードガス利用率75%とした。図6からわか
るように、従来例の燃料電池では、測定開始時のセル電
圧は0.4Vであったが、約150時間経過後から低下
し始め、200時間経過後には0.33Vになった。こ
れに対して本実施例の燃料電池では、測定開始時のセル
電圧が0.44Vと従来例に比べて高く、しかも200
時間経過後もセル電圧の低下はない。したがって、本発
明により燃料電池の発電電圧の増大化、発電寿命の長期
化を図ることができることがわかる。
In Experiment 1, the fuel cells of this example and the conventional example were used to examine the temporal change in cell voltage. The electrode area of each fuel cell was 130 cm 2 , and the current density was 0.5 A / c.
m 2 and the anode gas utilization rate were 75%. As can be seen from FIG. 6, in the fuel cell of the conventional example, the cell voltage at the start of measurement was 0.4 V, but the cell voltage began to drop after about 150 hours had passed and reached 0.33 V after 200 hours had passed. . On the other hand, in the fuel cell of this example, the cell voltage at the start of measurement was 0.44 V, which was higher than that of the conventional example, and was 200
The cell voltage does not decrease even after the elapse of time. Therefore, it is understood that the present invention can increase the power generation voltage of the fuel cell and extend the power generation life.

【0032】実験2では、アノード側のリブの幅を一定
にしてガス溝の幅を変えることにより、「アノード面
積」に対する「リブのアノード接触面積」の比率(即
ち、リブ幅の和とアノード溝幅の和の合計に対するリブ
幅の和)を変化させ、その際のセル電圧の変化を調べ
た。なお、燃料電池の電極面積は10cm2 とし、、リ
ブは幅1mmでアノードガス流通方向で一定して設け、
電流密度0.3A/cm2 で行った。
In Experiment 2, by changing the width of the gas groove while keeping the width of the rib on the anode side constant, the ratio of the "anode contact area of the rib" to the "anode area" (that is, the sum of the rib width and the anode groove). The sum of the rib widths with respect to the sum of the widths) was changed and the change in cell voltage at that time was examined. In addition, the electrode area of the fuel cell was 10 cm 2, and the rib was 1 mm in width and was provided in the anode gas flow direction in a constant manner.
The current density was 0.3 A / cm 2 .

【0033】図7からわかるように、セル電圧はリブ比
率が0.55の場合に最大値0.78Vとなった。リブ
比率が0.55より小さくなった場合にはセル電圧は低
下した。その際のセル電圧の低下傾向はリブ比率が0.
4(この時セル電圧は0.7V)までは緩やかである
が、それより小さくなるとセル電圧は急激に低下し、リ
ブ比率が0.3でセル電圧は0.55Vとなった。これ
は、リブ比率が小さくなりすぎると集電効率が低下する
ためと考えられる。一方、リブ比率が0.55より大き
くなった場合にもセル電圧は低下した。その際のセル電
圧の低下傾向はリブ比率が0.7(この時セル電圧は
0.75V)までは緩やかであるが、それより大きくな
るとセル電圧は急激に低下し、リブ比率が0.75でセ
ル電圧は0.45Vとなった。これは、リブ比率が大き
くなりすぎるとアノード13に対するアノードガスの拡
散性が低下するためと考えられる。
As can be seen from FIG. 7, the cell voltage has a maximum value of 0.78 V when the rib ratio is 0.55. When the rib ratio became smaller than 0.55, the cell voltage decreased. At that time, the rib ratio is 0.
4 (at this time, the cell voltage is 0.7V) is gentle, but when it becomes smaller than that, the cell voltage drastically decreases, and the rib ratio was 0.3 and the cell voltage was 0.55V. It is considered that this is because if the rib ratio becomes too small, the current collection efficiency decreases. On the other hand, the cell voltage also decreased when the rib ratio became larger than 0.55. The decreasing tendency of the cell voltage at that time is gentle until the rib ratio is 0.7 (the cell voltage is 0.75 V at this time), but when it is higher than that, the cell voltage is rapidly decreased and the rib ratio is 0.75. Then, the cell voltage became 0.45V. It is considered that this is because if the rib ratio becomes too large, the diffusibility of the anode gas with respect to the anode 13 decreases.

【0034】以上のことから、実用上の許容を考慮する
と、アノードガス入口側25aでもアノードガス出口側
25bでも、リブ比率は0.4以上0.7以下に設定す
るのがよいことがわかる。実験3では、リブ比率を一定
に保ちながらリブ幅を変化させ、その際のセル電圧の変
化を調べた。なお、燃料電池の電極面積は10cm2
し、リブ比率0.5、アノードガス利用率5%以下で行
った。
From the above, it is understood that the rib ratio should be set to 0.4 or more and 0.7 or less on both the anode gas inlet side 25a and the anode gas outlet side 25b in consideration of practical allowance. In Experiment 3, the rib width was changed while keeping the rib ratio constant, and the change in cell voltage at that time was examined. The electrode area of the fuel cell was 10 cm 2 , the rib ratio was 0.5, and the anode gas utilization rate was 5% or less.

【0035】図8からわかるように、リブ幅が0.4m
mの場合にはセル電圧は0.78Vであったが、リブ幅
が大きくなるにつれてセル電圧は徐々に低下し、リブ幅
が4.4mmの場合にはセル電圧は0.7Vになった。
リブ幅がさらに大きくなるとセル電圧は急激に低下し、
リブ幅が7.3mmの場合にはセル電圧は0.2Vにな
った。
As can be seen from FIG. 8, the rib width is 0.4 m.
In the case of m, the cell voltage was 0.78V, but the cell voltage gradually decreased as the rib width increased, and when the rib width was 4.4 mm, the cell voltage became 0.7V.
When the rib width becomes larger, the cell voltage drops sharply.
When the rib width was 7.3 mm, the cell voltage was 0.2V.

【0036】このように、リブ幅及びガス溝幅が大きく
なるとセル電圧が低下するのは、電極部へのアノードガ
ス拡散経路が増大してアノードガスの拡散が疎外される
と共に、内部抵抗が大きくなるためと考えられる。この
実験結果から、リブ幅は4mm以下に設計するのがよい
ことがわかるが、放電加工を用いても設計加工の精度
上、最低0.2mmは必要であるため、リブ幅は0.2
mm以上4mm以下に設定するのがよい。
As described above, when the rib width and the gas groove width increase, the cell voltage decreases because the anode gas diffusion path to the electrode portion increases and the diffusion of the anode gas is alienated, and the internal resistance increases. It is thought to be because. From this experimental result, it is understood that it is preferable to design the rib width to be 4 mm or less, but even if the electric discharge machining is used, at least 0.2 mm is necessary in terms of the accuracy of the design machining, so the rib width is 0.2
It is preferable to set it to be not less than mm and not more than 4 mm.

【0037】なお、本実施例では、アノード側反応部2
5をアノードガス入口側25aとアノードガス出口側2
5bに二等分しているが、必ずしも等分割である必要は
なく、また、アノードガス流通方向に対して三分割以上
とすることも可能である。さらに、多少効果は低下する
が、アノードガス入口側25aとアノードガス出口側2
5bとで、リブ3の幅のみ、あるいはガス溝4の幅のみ
を変化させてもよい。
In this embodiment, the anode side reaction section 2
5 for the anode gas inlet side 25a and the anode gas outlet side 2
Although it is bisected into 5b, it is not always required to be equally divided, and it is also possible to divide into 3 or more in the anode gas flow direction. Further, although the effect is somewhat lowered, the anode gas inlet side 25a and the anode gas outlet side 2a
5b, only the width of the rib 3 or only the width of the gas groove 4 may be changed.

【0038】また、カソード側反応部24のリブ5及び
ガス溝6の形状は上記に限られることはなく、アノード
側反応部25のリブ3及びアノードガス溝4と類似の形
状にすることももちろん可能である。 (実施例2)次に、実施例2に係る燃料電池について説
明する。ここで、本実施例においては、前記実施例1に
比べて、セル1及びセパレータ板2の構成が異なってい
るだけであるので、燃料電池の基本的構成については、
詳細な説明は省略する。図4は燃料電池の部分分解斜視
図である。
The shapes of the ribs 5 and the gas grooves 6 of the cathode side reaction section 24 are not limited to the above, and the ribs 3 and the anode gas grooves 4 of the anode side reaction section 25 may be of a similar shape. It is possible. (Embodiment 2) Next, a fuel cell according to Embodiment 2 will be described. Here, in this embodiment, only the configurations of the cell 1 and the separator plate 2 are different from those of the first embodiment. Therefore, regarding the basic configuration of the fuel cell,
Detailed description is omitted. FIG. 4 is a partially exploded perspective view of the fuel cell.

【0039】セル101は、電解質板115の上面及び
下面に扇形状をしたカソード116及びアノード117
を配してなる単位セル101aを4枚、該扇形状カソー
ド116及びアノード117の弧を対向させた状態で配
設して形成されている。なお、図4においては、アノー
ド117はカソード116の裏側に位置しているため、
図示していない。
The cell 101 comprises a cathode 116 and an anode 117 which are fan-shaped on the upper and lower surfaces of an electrolyte plate 115.
Is formed by arranging four unit cells 101a in which the arcs of the fan-shaped cathode 116 and the anode 117 are opposed to each other. In addition, in FIG. 4, since the anode 117 is located on the back side of the cathode 116,
Not shown.

【0040】セパレータ板102は、前記単位セル10
1aの4つに対応するように組み合わせて構成されてい
る。該セパレータ板102の上下両面には、前記単位セ
ル101aのカソード116及びアノード117と対向
する領域(以下、それぞれカソード側反応部126及び
アノード側反応部127と称する。)を覆うように、複
数本のリブ131(133)及びガス溝132(13
4)が形成されている。なお、図4では、カソード側反
応部126は、アノード側反応部127の裏側に位置す
るため、図示していない。
The separator plate 102 is the unit cell 10
It is configured by combining so as to correspond to the four 1a. A plurality of separator plates 102 are provided on the upper and lower surfaces of the separator plate 102 so as to cover regions facing the cathode 116 and the anode 117 of the unit cell 101a (hereinafter referred to as the cathode side reaction part 126 and the anode side reaction part 127, respectively). Rib 131 (133) and gas groove 132 (13)
4) is formed. In FIG. 4, the cathode side reaction section 126 is not shown because it is located on the back side of the anode side reaction section 127.

【0041】前記セル101のカソード116及びアノ
ード117が配されていない中央領域、及びセパレータ
板102の中央部においては、内部マニホールドを形成
するための開口部が開設されている。即ち、セル101
及びセパレータ板102の中央にはカソードガスの流通
孔を形成するための開口部118,121が開設されて
いる。また、該開口部118,121の周囲にはカソー
ドガス供給側内部マニホールドを形成するための開口部
118a,121aが4つづつ開設され、アノードガス
供給側内部マニホールドを形成するための開口部118
b,121bが4つづつ開設されている。
In the central area of the cell 101 where the cathode 116 and the anode 117 are not arranged and in the central portion of the separator plate 102, an opening for forming an internal manifold is formed. That is, the cell 101
Also, openings 118 and 121 are formed in the center of the separator plate 102 to form the circulation holes of the cathode gas. In addition, four openings 118a and 121a for forming cathode gas supply side internal manifolds are provided around the openings 118 and 121, and opening 118 for forming anode gas supply side internal manifolds are formed.
Four b and 121b are opened.

【0042】また、セル101及びセパレータ板102
の四隅、即ち扇形状のカソード116及びアノード11
7の各中心位置には、アノードガス排出側内部マニホー
ルドを形成するための開口部119,122が開設され
ている。さらに、セパレータ板102の側面外周壁に
は、カソードガス排出口123が開設されている。この
ような燃料電池の構成により、外部から供給されたカソ
ードガスは、前記開口部118,121からなる流通路
を上昇しながら加熱された後、開口部118a,121
aからなる4つの内部マニホールドを下降しながら各セ
パレータ板102のカソードガス溝134,134…に
分配され、カソード116で発電に用いられる。その
後、未反応のカソードガスは、カソードガス排出口12
3から外部へ排出される。
Further, the cell 101 and the separator plate 102
Corners of the fan, that is, fan-shaped cathode 116 and anode 11
Openings 119 and 122 for forming the anode gas discharge side internal manifold are formed at the respective central positions of 7. Further, a cathode gas discharge port 123 is opened on the outer peripheral wall of the side surface of the separator plate 102. With such a structure of the fuel cell, the cathode gas supplied from the outside is heated while rising in the flow passage formed by the openings 118 and 121, and then heated by the openings 118a and 121.
While being descended from the four internal manifolds consisting of a, they are distributed to the cathode gas grooves 134, 134 ... Of each separator plate 102 and used for power generation at the cathode 116. Then, the unreacted cathode gas is discharged from the cathode gas outlet 12
3 is discharged to the outside.

【0043】一方、燃料電池に外部から供給されたアノ
ードガスは、前記開口部119,122からなる4つの
内部マニホールドを下降しながら各セパレータ板102
のアノードガス溝132,132…に分配され、アノー
ド117で発電に用いられる。その後、未反応のアノー
ドガスは、開口部119,122からなる内部マニホー
ルドを下降して外部へ排出される。
On the other hand, the anode gas supplied to the fuel cell from the outside descends through the four internal manifolds having the openings 119 and 122, and each separator plate 102.
Of the anode gas grooves 132, 132, ... After that, the unreacted anode gas descends through the internal manifold including the openings 119 and 122 and is discharged to the outside.

【0044】続いて、セパレータ板102に形成されて
いるリブ131,133、及びガス溝132,134の
詳細について説明する。図5は、セパレータ板102の
(a)下面側(カソード側)平面の一部拡大図、(b)
上面側(アノード側)平面の一部拡大図を示している。
図5(a)に示すように、リブ133及びカソードガス
溝134は、開口部121付近の中心126aから放射
状に形成されており、カソード側反応部126の全面を
覆っている。なお、円弧状の点線116aはカソード1
16の外周縁を示している。そして、全てのリブ133
及びカソードガス溝134は、所定のリブ比率及び高さ
(深さ)となるように、前記中心126aに対して等間
隔の角度で刻まれている。
Next, details of the ribs 131 and 133 and the gas grooves 132 and 134 formed on the separator plate 102 will be described. FIG. 5 is a partially enlarged view of the lower surface side (cathode side) of the separator plate 102 (a), (b).
The partially expanded view of the upper surface side (anode side) plane is shown.
As shown in FIG. 5A, the ribs 133 and the cathode gas grooves 134 are radially formed from the center 126a near the opening 121 and cover the entire surface of the cathode side reaction section 126. The arc-shaped dotted line 116a indicates the cathode 1
The outer peripheral edge of 16 is shown. And all the ribs 133
The cathode gas grooves 134 are carved at equal intervals with respect to the center 126a so as to have a predetermined rib ratio and height (depth).

【0045】ここで、カソードガスは、前記開口部12
1bから供給され、カソードガス溝134,134…を
流通し、前記カソードガス排出口123から排出される
(白抜き矢印P108)ので、リブ133及びカソード
ガス溝134の各幅は、カソードガス流通方向上流側か
ら下流側に向けて、徐々に広くなるように構成されてい
るが、カソードガスとして過剰量の空気が用いられるた
め、カソードガス流通方向上流側と下流側とのカソード
ガスの濃度差は問題とならない。
Here, the cathode gas is the opening 12
1b, flows through the cathode gas grooves 134, 134, ... And is discharged from the cathode gas discharge port 123 (white arrow P108). Therefore, the widths of the rib 133 and the cathode gas groove 134 are different from each other in the cathode gas flowing direction. Although it is configured to gradually widen from the upstream side to the downstream side, since the excess amount of air is used as the cathode gas, the difference in concentration of the cathode gas between the upstream side and the downstream side in the cathode gas flow direction is It doesn't matter.

【0046】一方、図5(b)に示すように、リブ13
1及びアノードガス溝132は、開口部122付近の中
心127aから放射状に形成されており、アノード側反
応部127の全面を覆っている。そして、全てのリブ1
31及びアノードガス溝132は、所定のリブ比率及び
高さ(深さ)となるように、前記中心127aに対して
等間隔の角度で刻まれている。
On the other hand, as shown in FIG.
1 and the anode gas groove 132 are radially formed from the center 127a near the opening 122 and cover the entire surface of the anode side reaction section 127. And all the ribs 1
31 and the anode gas groove 132 are carved at equal intervals with respect to the center 127a so as to have a predetermined rib ratio and height (depth).

【0047】ここで、アノードガスは、前記開口部12
1aから供給され、アノードガス溝132,132…を
流通し、開口部122から排出される(白抜き矢印P1
09)ので、リブ131及びアノードガス溝132の各
幅は、アノードガス流通方向上流側から下流側に向け
て、徐々に狭くなるように構成されている。したがっ
て、実施例1と同様に、アノードガスの入口側と出口側
とで電流密度を均一化することが可能である。更に、本
実施例においては、リブ131及びアノードガス溝13
2の各幅を、段階的ではなく、アノードガスの入口側か
ら出口側にかけての連続的なアノードガスの濃度低下に
対応して、連続的に変化させることができるので、より
滑らかに電流密度の均一化を行うことができる。
Here, the anode gas is the opening 12
1a, flows through the anode gas grooves 132, 132, ... And is discharged from the opening 122 (white arrow P1).
09), the widths of the rib 131 and the anode gas groove 132 are configured to be gradually narrowed from the upstream side to the downstream side in the anode gas flow direction. Therefore, as in Example 1, it is possible to make the current density uniform on the inlet side and the outlet side of the anode gas. Further, in this embodiment, the rib 131 and the anode gas groove 13 are provided.
Each width of 2 can be continuously changed in response to a continuous decrease in the concentration of the anode gas from the inlet side to the outlet side of the anode gas, not in a stepwise manner, so that the current density Homogenization can be performed.

【0048】なお、本実施例においては、リブ131及
びアノードガス溝132の両方の幅をアノードガス入口
側から出口側にかけて連続的に狭くしたが、これに限ら
れることはなく、例えばリブ131の幅のみを連続的に
狭くすることもできる。さらに、上記実施例では、固体
電解質型燃料電池を用いたが、例えば、固体高分子膜燃
料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等を
用いることも勿論可能である。
In this embodiment, the widths of both the rib 131 and the anode gas groove 132 are continuously narrowed from the anode gas inlet side to the anode gas side. However, the width is not limited to this, and for example, the rib 131 may be formed. It is also possible to reduce only the width continuously. Further, although the solid oxide fuel cell is used in the above embodiment, it is of course possible to use a solid polymer membrane fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, or the like.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述のように、アノードガスは、アノー
ドガス溝を流通する際にアノードで電気化学反応に供さ
れていき、アノードガスの濃度はアノードガス入口側よ
り出口側が低くなる。その結果、アノードガス入口側に
比べて出口側の方が、アノードに対するアノードガスの
供給が低下する傾向となり、セルの発電電圧が低下する
傾向となる。
As described above, the anode gas is subjected to the electrochemical reaction at the anode when flowing through the anode gas groove, and the concentration of the anode gas becomes lower on the outlet side than on the anode gas inlet side. As a result, the supply of the anode gas to the anode tends to be lower on the outlet side than on the anode gas inlet side, and the power generation voltage of the cell tends to lower.

【0050】ここで、請求項1記載の燃料電池において
は、リブ幅はアノードガスの入口側に比べて出口側で狭
く形成されているので、上記のアノードガスの濃度低下
による発電電圧の低下分を補い、セルの電流密度をアノ
ードガス入口側と出口側とで均一化することができる。
したがって、セルの電流密度の高い部分が選択的に劣化
されるといった問題点が解消され、セルの発電寿命の長
期化を図ることができる。
Here, in the fuel cell according to the first aspect, the rib width is formed narrower on the outlet side than on the anode gas inlet side. The current density of the cell can be made uniform on the anode gas inlet side and the outlet side.
Therefore, the problem that the high current density portion of the cell is selectively deteriorated is solved, and the power generation life of the cell can be extended.

【0051】請求項2記載の燃料電池においては、アノ
ードガス溝の溝幅もアノードガスの入口側よりも出口側
で小さく形成されている。アノードガス溝の溝幅が小さ
い程、集電部であるリブまでの最長電流経路が小さくな
り、リブのアノードからの集電性能が向上する。したが
って、上記アノードガスの濃度低下による発電電圧の低
下分を更に効率的に補い、セルの電流密度の大きさを、
アノードガス入口側と出口側とで均一化することができ
る。
In the fuel cell according to the second aspect, the groove width of the anode gas groove is smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side. As the groove width of the anode gas groove is smaller, the longest current path to the rib that is the current collecting portion is smaller, and the current collecting performance from the anode of the rib is improved. Therefore, the decrease in the generated voltage due to the decrease in the concentration of the anode gas is more efficiently compensated for, and the magnitude of the current density of the cell is
It is possible to make the anode gas inlet side and outlet side uniform.

【0052】請求項3記載の燃料電池においては、アノ
ード及びカソードは、矩形状であって、セパレータ板に
おいて、アノードガス溝及びリブの数は、アノードガス
の入口側よりも出口側で多くなっているので、セパレー
タ板に形成される複数のアノードガス溝及びリブを互い
に平行に形成しながら、アノードガス溝及びリブの幅
を、共にアノードガス入口側よりも出口側で小さくする
ことができる。したがって、燃料電池の全体の構成を従
来例から大幅に変更することなく、セパレータ板のリブ
及びガス溝の設計を変えるだけで、前記アノードガス溝
の幅の短縮化による効果、及びリブ幅の短縮化による効
果の両方を得ることができ、装置設計上の困難性がなく
経済的である。
In the fuel cell according to the present invention, the anode and the cathode are rectangular, and the separator plate has more anode gas grooves and ribs on the outlet side than on the inlet side of the anode gas. Therefore, the widths of the anode gas grooves and the ribs can be made smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side while the plurality of anode gas grooves and ribs formed on the separator plate are formed parallel to each other. Therefore, the effect of shortening the width of the anode gas groove and the rib width can be shortened by simply changing the design of the ribs and gas grooves of the separator plate without significantly changing the overall configuration of the fuel cell from the conventional example. Both of these effects can be obtained, and there is no difficulty in designing the device, which is economical.

【0053】請求項4記載の発明においては、アノード
ガス溝は、アノードガスの入口側より出口側で深く形成
されている。アノードガス溝の深さを一定に保ったまま
溝幅を狭くした場合には、該アノードガス溝を流通する
アノードガスの圧力損失が問題となるが、本発明では、
アノードガス入口側よりも出口側でアノードガス溝の深
さを深くなるように構成されているため、アノードガス
の圧力損失を抑制することができる。したがって、アノ
ードへ効率的にアノードガスの供給がなされ、セル全体
における電流密度の均一化を図ることができる。
In the invention of claim 4, the anode gas groove is formed deeper on the outlet side than on the inlet side of the anode gas. When the groove width is narrowed while keeping the depth of the anode gas groove constant, the pressure loss of the anode gas flowing through the anode gas groove becomes a problem.
Since the depth of the anode gas groove is deeper on the outlet side than on the anode gas inlet side, the pressure loss of the anode gas can be suppressed. Therefore, the anode gas is efficiently supplied to the anode, and the current density in the entire cell can be made uniform.

【0054】請求項5記載の発明においては、アノード
は扇形状に構成されているので、リブの幅及びアノード
ガス溝の幅をアノードガス上流側から下流側まで連続的
に狭くすることができる。したがって、電気化学反応の
進行に伴うアノードガスの濃度低下に対応して、より滑
らかに電流密度の均一化を図ることができる。請求項6
記載の燃料電池においては、アノードガスの入口側から
出口側の全域にわたって、前記リブ幅と前記溝幅との和
に対する該リブ幅の比率が、0.4以上0.7以下の範
囲内に設定されている。
According to the fifth aspect of the invention, since the anode is fan-shaped, the rib width and the anode gas groove width can be continuously narrowed from the upstream side to the downstream side of the anode gas. Therefore, it is possible to more smoothly make the current density uniform corresponding to the decrease in the concentration of the anode gas accompanying the progress of the electrochemical reaction. Claim 6
In the fuel cell described above, the ratio of the rib width to the sum of the rib width and the groove width is set within a range of 0.4 or more and 0.7 or less over the entire area from the anode gas inlet side to the outlet side. Has been done.

【0055】リブ比率が小さすぎると、流路部の電流経
路が増大し集電効率が低下するためセル電圧が低下す
る。一方、リブ比率が大きすぎると、電極部へのアノー
ドガス拡散経路が増大しアノードガスのアノードへの拡
散性が低下するためセル電圧が低下する。したがって、
リブ幅とアノードガス溝幅との和に対する該リブ幅の比
率には最適な値が存在する。実用上の許容範囲を考える
と、リブ比率は0.4以上0.7以下に設定するのがよ
く、この範囲内において、効果的にセル全体における電
流密度の均一化を図ることができ、セルの部分的劣化を
防止して発電寿命の長期化を図ることができる。
If the rib ratio is too small, the current path in the flow path portion increases and the current collection efficiency decreases, so the cell voltage decreases. On the other hand, if the rib ratio is too large, the diffusion path of the anode gas to the electrode portion increases and the diffusibility of the anode gas to the anode decreases, so that the cell voltage decreases. Therefore,
There is an optimum value for the ratio of the rib width to the sum of the rib width and the anode gas groove width. Considering the practically allowable range, it is preferable to set the rib ratio to 0.4 or more and 0.7 or less. Within this range, the current density in the entire cell can be effectively equalized, and It is possible to prolong the life of power generation by preventing partial deterioration of the.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1に係る燃料電池の部分分解斜視図であ
る。
FIG. 1 is a partially exploded perspective view of a fuel cell according to a first embodiment.

【図2】セパレータ板の図1における下面側(カソード
側)平面図である。
2 is a plan view of the lower surface side (cathode side) of the separator plate in FIG. 1. FIG.

【図3】(a)図1におけるX1−X1線断面の一部拡
大図、(b)X2−X2線断面の一部拡大図である。
3A is a partially enlarged view of a cross section taken along line X1-X1 in FIG. 1, and FIG. 3B is a partially enlarged view of a cross section taken along line X2-X2.

【図4】実施例2に係る燃料電池の部分分解斜視図であ
る。
FIG. 4 is a partially exploded perspective view of a fuel cell according to a second embodiment.

【図5】実施例2に係る燃料電池のセパレータ板におけ
る(a)下面側(カソード側)平面の一部拡大図、
(b)上面側(アノード側)平面の一部拡大図である。
FIG. 5 is a partially enlarged view of the (a) lower surface side (cathode side) plane of the separator plate of the fuel cell according to Example 2;
(B) It is a partially enlarged view of an upper surface side (anode side) plane.

【図6】実施例1に係る燃料電池と従来例に係る燃料電
池との発電寿命特性の違いについて示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a difference in power generation life characteristics between the fuel cell according to the first embodiment and the fuel cell according to the conventional example.

【図7】実施例1に係る燃料電池のリブ比率(即ち、リ
ブ幅の和とアノード溝幅の和の合計に対するリブ幅の
和)とセル電圧との関係を示す図である。
7 is a diagram showing a relationship between a cell ratio and a rib ratio (that is, a sum of rib widths with respect to a sum of rib widths and a sum of anode groove widths) of the fuel cell according to Example 1. FIG.

【図8】実施例1に係る燃料電池のリブ幅(リブ比率一
定)とセル電圧との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the cell width and the rib width (constant rib ratio) of the fuel cell according to the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 セル 2,102 セパレータ板 3(3a,3b),131 リブ 4(4a,4b),132 アノードガス溝 12,116 カソード 13,117 アノード 25a アノードガス入口側 25b アノードガス出口側 1, 101 cell 2, 102 separator plate 3 (3a, 3b), 131 rib 4 (4a, 4b), 132 anode gas groove 12, 116 cathode 13, 117 anode 25a anode gas inlet side 25b anode gas outlet side

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 靖彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Yukinori Akiyama 2-5-5 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Ito, 2-5 Keihan Hondori, Moriguchi City No. 5 Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuo Miyake 2-5-5 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質層にアノード及びカソードを配し
たセルと、 前記アノードと対向する面にアノードガスが流通するア
ノードガス溝と前記アノードから集電を行うリブとが交
互に形成されたセパレータ板と、 が積層されてなる燃料電池において、 前記リブ幅は、アノードガスの入口側よりも出口側が小
さいことを特徴とする燃料電池。
1. A separator plate in which a cell in which an anode and a cathode are arranged in an electrolyte layer, an anode gas groove through which an anode gas flows and a rib which collects current from the anode are alternately formed on a surface facing the anode. In the fuel cell, the rib width is smaller on the outlet side than on the inlet side of the anode gas.
【請求項2】 前記アノードガス溝の溝幅も、アノード
ガスの入口側よりも出口側が小さいことを特徴とする請
求項1記載の燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the width of the anode gas groove is smaller on the outlet side than on the anode gas inlet side.
【請求項3】 前記アノード及びカソードは、矩形状で
あって、 前記セパレータ板において、 前記アノードガス溝及びリブの数は、アノードガスの入
口側よりも出口側が多いことを特徴とする請求項1及び
2記載の燃料電池。
3. The anode and the cathode have a rectangular shape, and in the separator plate, the number of the anode gas grooves and the ribs is larger on the outlet side than on the anode gas inlet side. And the fuel cell described in 2.
【請求項4】 前記アノードガス溝は、アノードガスの
入口側より出口側で深く形成されていることを特徴とす
る請求項1記載の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the anode gas groove is formed deeper on the outlet side than on the anode gas inlet side.
【請求項5】 前記アノードは、扇形状であって、 前記アノードガス溝及び前記リブは、前記アノードの扇
形に対応して、放射状に形成されていることを特徴とす
る請求項1及び2記載の燃料電池。
5. The anode is fan-shaped, and the anode gas groove and the rib are formed radially corresponding to the fan-shaped of the anode. Fuel cell.
【請求項6】 アノードガスの入口側から出口側の全域
にわたって、前記リブ幅と前記溝幅との和に対する該リ
ブ幅の比率が、0.4以上0.7以下の範囲内にあるこ
とを特徴とする請求項1〜5記載の燃料電池。
6. The ratio of the rib width to the sum of the rib width and the groove width is in the range of 0.4 or more and 0.7 or less over the entire area from the inlet side to the outlet side of the anode gas. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is a fuel cell.
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