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公開番号2025117162
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024011880
出願日2024-01-30
発明の名称燃料電池スタック
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/0258 20160101AFI20250804BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡易な構成により反応ガスのパスカットを抑制できる燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタックは、膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層を有する発電部と、発電部を収容する収容孔41を有するフレーム40と、一対のセパレータ50とを備えている。セパレータ50には、反応ガスの流れ方向が互いに反対方向である2つの第1延在部Lg1,Lg2の間に仕切リブ70が設けられている。仕切リブ70は、ガス拡散層に食い込む突部74を有している。突部74は、収容孔41の内面と対向する対向端部76を有している。対向端部76と収容孔41の内面との境界部には、圧力損失増大部Pが設けられている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
膜電極接合体及び前記膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層を有する発電部と、前記発電部を収容する収容孔を有するフレームと、前記発電部及び前記フレームを挟持する一対のセパレータと、を備える単セルが複数積層されることにより構成された燃料電池スタックであって、
前記セパレータの前記発電部に対向する面には、反応ガスが流れるガス流路が設けられており、
前記ガス流路は、互いに並列するとともに前記反応ガスの流れ方向が互いに反対方向である複数の第１延在部と、互いに並列する２つの前記第１延在部の端部同士を接続する第２延在部と、を有しており、
前記２つの第１延在部の間には、前記２つの第１延在部を仕切る仕切リブが設けられており、
前記仕切リブは、前記ガス拡散層に接触するとともに前記第１延在部に沿って延びる基部と、前記基部から突出して前記ガス拡散層に食い込むとともに前記第１延在部に沿って延びる突部と、を有しており、
前記突部は、前記収容孔の内面と対向する対向端部を有しており、
前記対向端部と前記収容孔の内面との境界部には、前記対向端部を越えて前記２つの第１延在部の間を流れる前記反応ガスの圧力損失を、前記２つの第１延在部の各々を流れる前記反応ガスの圧力損失よりも増大させる圧力損失増大部が設けられている、
燃料電池スタック。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
前記圧力損失増大部は、前記対向端部と前記収容孔の内面との隙間によって構成されており、
前記隙間の断面積は、前記第１延在部の流路断面積よりも小さい、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記対向端部は、前記２つの第１延在部の並び方向に延びている、
請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記突部の幅は、前記突部の長さ方向の全体にわたって一定である、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第１延在部は、波状に蛇行しながら延びており、
前記基部及び前記突部は、前記第１延在部に沿って波状に蛇行しながら延びている、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックの単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。膜電極ガス拡散層接合体は、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層とを備えている。セパレータのガス拡散層に対向する面には、反応ガスが流れるガス流路が設けられている。ガス拡散層は、反応ガスを拡散させるために、反応ガスの通過を許容する複数の気孔を有している。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池のセパレータは、蛇行して延びる所謂サーペンタイン状のガス流路を有している。セパレータは、ガス流路における反応ガスの流れ方向が互いに反対方向となる部分を仕切るリブを有している。リブは、液状封止材を介してガス拡散層に対して固定されている。液状封止材は、ガス拡散層に含浸されるため、ガス拡散層におけるリブに接触する部分の気孔が、液状封止材によって埋められる。これにより、反応ガスがガス拡散層内でリブを越えてガス流路間を流れる所謂パスカットが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００８－４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の燃料電池では、セパレータのリブとガス拡散層との間に液状封止材を設ける必要があるため、燃料電池の製造工程における工数が増加するおそれがある。このため、簡易な構成で反応ガスのパスカットを抑制することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための燃料電池スタックは、膜電極接合体及び前記膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層を有する発電部と、前記発電部を収容する収容孔を有するフレームと、前記発電部及び前記フレームを挟持する一対のセパレータと、を備える単セルが複数積層されることにより構成された燃料電池スタックであって、前記セパレータの前記発電部に対向する面には、反応ガスが流れるガス流路が設けられており、前記ガス流路は、互いに並列するとともに前記反応ガスの流れ方向が互いに反対方向である複数の第１延在部と、互いに並列する２つの前記第１延在部の端部同士を接続する第２延在部と、を有しており、前記２つの第１延在部の間には、前記２つの第１延在部を仕切る仕切リブが設けられており、前記仕切リブは、前記ガス拡散層に接触するとともに前記第１延在部に沿って延びる基部と、前記基部から突出して前記ガス拡散層に食い込むとともに前記第１延在部に沿って延びる突部と、を有しており、前記突部は、前記収容孔の内面と対向する対向端部を有しており、前記対向端部と前記収容孔の内面との境界部には、前記対向端部を越えて前記２つの第１延在部の間を流れる前記反応ガスの圧力損失を、前記２つの第１延在部の各々を流れる前記反応ガスの圧力損失よりも増大させる圧力損失増大部が設けられている。
【０００７】
上記構成によれば、仕切リブの突部がガス拡散層に食い込むため、ガス拡散層が局所的に圧縮される。ガス拡散層の圧縮部分では、反応ガスが流れにくくなるため、反応ガスが突部を越えて２つの第１延在部の間を流れにくくなる。
【０００８】
また、上記構成によれば、突部の対向端部と収容孔の内面との境界部には、圧力損失増大部が設けられている。圧力損失増大部は、対向端部を越えて２つの第１延在部の間を流れる反応ガスの圧力損失を、２つの第１延在部の各々を流れる反応ガスの圧力損失よりも増大させる。これにより、第１延在部を流れる反応ガスは、対向端部を越えて２つの第１延在部の間を流れにくくなるため、第２延在部を経由して２つの第１延在部の間を流れやすくなる。
【０００９】
以上のことから、反応ガスがガス拡散層内で仕切リブを越えて２つの第１延在部の間を流れるパスカットが抑制される。したがって、仕切リブに突部を設けるといった簡易な構成により反応ガスのパスカットを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、一実施形態の燃料電池スタックを示す断面図である。
図２は、図１の単セルを示す分解斜視図である。
図３は、図１のセパレータのガス流路を示す平面図である。
図４は、図３のセパレータの仕切リブを拡大して示す拡大平面図である。
図５は、図４の５－５線に沿った断面図である。
図６は、図４の６－６線に沿った断面図である。
図７は、第１変更例の仕切リブを示す平面図である。
図８は、第２変更例の仕切リブを示す平面図である。
図９は、第３変更例の仕切リブを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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