JP2001015132A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP2001015132A
JP2001015132A JP11188379A JP18837999A JP2001015132A JP 2001015132 A JP2001015132 A JP 2001015132A JP 11188379 A JP11188379 A JP 11188379A JP 18837999 A JP18837999 A JP 18837999A JP 2001015132 A JP2001015132 A JP 2001015132A
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JP
Japan
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fuel cell
separator
gas
flow path
conductivity
Prior art date
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Pending
Application number
JP11188379A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Makino
浩 牧野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep the internal resistance of a fuel cell sufficiently low. SOLUTION: This fuel cell 10 is made by layering a plurality of unit cells 20 each equipped with an electrolyte film 21, an anode 22 and a cathode 23, between which the electrolyte film 21 is sandwiched, and separators 30 disposed on both sides of these electrodes. The fuel cell 10 is further equipped with peripheral members 27 on peripheral parts of the layered members and conducting members 28 each between neighboring unit cells. The conducting member 28 is provided along contact surfaces between the separator 30 and the peripheral member 27, and formed so that its end parts make contact with surfaces of two gas diffusion electrodes disposed on both sides of the separator 30. In the fuel cell 10, the conducting members 28 secure conductivity between neighboring unit cells.

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、
詳しくは、単セルを複数積層してなり、燃料ガスと酸化
ガスとの供給を受けて電気化学反応により起電力を得る
燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell,
More specifically, the present invention relates to a fuel cell having a plurality of single cells stacked and receiving an supply of a fuel gas and an oxidizing gas to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池用ガスセパレータは、複数の単
セルを積層してなる燃料電池スタックを構成する部材で
あって、充分なガス不透過性を備えることによって、隣
り合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸
化ガスが混じり合うのを防いでいる。このように各単セ
ルを構成する燃料電池用ガスセパレータは、燃料電池の
内部抵抗を抑えるために、より導電性が高い部材によっ
て形成することが望ましく、従来、炭素材料あるいは金
属材料を用いて製造されてきた。一般に、金属材料は強
度に優れているため、金属材料によって燃料電池用ガス
セパレータを製造すれば、炭素材料を用いる場合に比べ
てより薄いガスセパレータを製造することが可能であ
る。このように、ガスセパレータをより薄く形成するこ
とができれば、燃料電池全体をより小型化することが可
能となる。また、金属製のガスセパレータは、金属板を
プレスするという簡便な方法によって製造することがで
きるため、製造工程を簡素化・短期化して生産性を向上
させ、製造コストの上昇を抑えることができる。
2. Description of the Related Art A gas separator for a fuel cell is a member constituting a fuel cell stack formed by laminating a plurality of single cells, and has sufficient gas impermeability so that each of adjacent single cells can be formed. The supplied fuel gas and oxidizing gas are prevented from being mixed. As described above, the gas separator for a fuel cell constituting each unit cell is desirably formed of a member having higher conductivity in order to suppress the internal resistance of the fuel cell. Conventionally, the gas separator is manufactured using a carbon material or a metal material. It has been. Generally, since a metal material has excellent strength, if a gas separator for a fuel cell is manufactured from a metal material, a thinner gas separator can be manufactured as compared with a case where a carbon material is used. As described above, if the gas separator can be formed thinner, the whole fuel cell can be further reduced in size. In addition, since a metal gas separator can be manufactured by a simple method of pressing a metal plate, the manufacturing process can be simplified and shortened to improve productivity and suppress an increase in manufacturing cost. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属材
料によって形成したガスセパレータを用いて燃料電池を
構成すると、燃料電池の動作環境においてガスセパレー
タの表面が酸化されて酸化被膜が形成される。このよう
な酸化被膜は導電性が充分ではなく、酸化被膜が形成さ
れることによって、ガスセパレータとこれに隣接する部
材との間で接触抵抗が増大して導電性が低下し、燃料電
池の内部抵抗が増大してしまうという不都合を生じるお
それがあった。酸化しにくい白金,金,ロジウム,イリ
ジウムなどの貴金属を用いてガスセパレータを製造すれ
ば、このような不都合を抑えることはできるが、資源的
に希少で高価な貴金属を用いることは製造コストの上昇
につながり、燃料電池の普及を妨げるものであり採用し
難い。
However, when a fuel cell is constructed using a gas separator formed of a metal material, the surface of the gas separator is oxidized in an operating environment of the fuel cell to form an oxide film. Such an oxide film does not have sufficient conductivity, and the formation of the oxide film increases the contact resistance between the gas separator and a member adjacent to the gas separator, lowers the conductivity, and reduces the inside of the fuel cell. There was a possibility that the resistance would increase. If a gas separator is manufactured using a noble metal such as platinum, gold, rhodium, and iridium which is difficult to oxidize, such inconvenience can be suppressed. However, using a rare and expensive noble metal as a resource increases the manufacturing cost. This hinders the spread of fuel cells and is difficult to adopt.

【0004】燃料電池の内部抵抗を抑えるための構成と
して、ガスセパレータの周辺部に導電性のシール部材を
配設する構成が提案されている(例えば、特開平10−
247504号公報等)。このような構成によれば、ガ
スセパレータの周辺部に配設されたシール部材によって
も導電性が実現されるため、燃料電池の内部抵抗をより
小さくすることができる。しかしながら上記導電性のシ
ール部材を設けた場合にも、燃料電池の動作環境中で金
属製のガスセパレータが酸化されて表面に酸化被膜が形
成されてしまい、ガスセパレータとシール部材間の導電
性が次第に損なわれ、燃料電池の内部抵抗が次第に増大
してしまうのを抑えることはできない。
As a configuration for suppressing the internal resistance of a fuel cell, there has been proposed a configuration in which a conductive seal member is provided around a gas separator (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1998).
247504). According to such a configuration, the conductivity is also realized by the seal member disposed around the gas separator, so that the internal resistance of the fuel cell can be further reduced. However, even when the conductive seal member is provided, the metal gas separator is oxidized in the operating environment of the fuel cell to form an oxide film on the surface, and the conductivity between the gas separator and the seal member is reduced. It cannot be suppressed that the internal resistance of the fuel cell gradually increases and the internal resistance of the fuel cell gradually increases.

【0005】本発明の燃料電池は、こうした問題を解決
し、燃料電池の内部抵抗を充分に低く抑えることを目的
としてなされ、次の構成を採った。
[0005] The fuel cell of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and has an object to suppress the internal resistance of the fuel cell sufficiently low, and has the following configuration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池は、電解質層と、該電解質層を挟んで対
向して設けられた一対の電極とを備える単セルを複数積
層してなり、各単セルにガスの供給を受けて該ガスを利
用した電気化学反応により起電力を得る燃料電池であっ
て、導電性を有する材料によって形成されると共に、隣
り合う2つの単セル間に配設され、その隣り合う2つの
単セルの各々に属して互いに隣り合う2つの電極間を接
続する導通手段と、前記隣り合う2つの単セル間に配設
され、該2つの単セルの各々が備える前記電極との間で
前記ガスが通過するガス流路をその表面に形成すると共
に、前記導通手段とは別体で形成されるセパレータと、
を備えることを要旨とする。
The fuel cell according to the present invention comprises a plurality of unit cells each having an electrolyte layer and a pair of electrodes provided to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween. A fuel cell that receives a supply of gas to each unit cell and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction using the gas, and is formed of a conductive material and between two adjacent unit cells. A conducting means for connecting between two adjacent electrodes belonging to each of the two adjacent single cells, and a conductive means disposed between the two adjacent single cells and each of the two single cells; Forming a gas flow path through which the gas passes between the electrodes provided on the surface thereof, and a separator formed separately from the conducting means,
The gist is to provide.

【0007】以上のように構成された本発明の燃料電池
は、電解質層と、該電解質層を挟んで対向して設けられ
た一対の電極とを備える単セルを複数積層してなり、そ
の隣り合う2つの単セルの各々に属して互いに隣り合う
2つの電極間を、導電性を有する材料によって形成され
る導通手段で接続することによって、隣り合う2つの単
セル間の導電性が確保されている。なお、導通手段が接
続する2つの電極とは、隣り合う2つの単セルの一方が
備えるアノードと、他方が備えるカソードのことであ
り、これらの電極は、上記隣り合う2つの単セル間に配
設されたセパレータを介して、互いに隣り合っている。
[0007] The fuel cell of the present invention configured as described above is formed by laminating a plurality of unit cells each having an electrolyte layer and a pair of electrodes provided to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween. By connecting the two adjacent electrodes belonging to each of the two unit cells that are adjacent to each other by a conductive means formed of a conductive material, the conductivity between the two adjacent unit cells is ensured. I have. Note that the two electrodes connected by the conducting means are an anode provided in one of two adjacent single cells and a cathode provided in the other, and these electrodes are arranged between the two adjacent single cells. They are adjacent to each other via a provided separator.

【0008】このような燃料電池によれば、隣り合う単
セル間の導電性が導通手段によって確保されるため、燃
料電池の内部抵抗を充分に低く抑えることができる。例
えば、隣り合う2つの単セル間に配設するセパレータを
金属材料によって形成する際に、この金属が、酸化とと
もに導電性を失う場合であっても、導通部材によって単
セル間の導電性が確保されるため、燃料電池の内部抵抗
が大きくなりすぎることがない。隣り合う単セル間の導
電性が、導通手段によって充分に確保される場合には、
セパレータと電極との間で導電性を確保する必要がなく
なるため、導電性を有しない材料によってセパレータを
構成することが可能となり、セパレータを構成する材料
の選択の自由度が向上する。
According to such a fuel cell, the conductivity between adjacent single cells is ensured by the conducting means, so that the internal resistance of the fuel cell can be sufficiently suppressed. For example, when forming a separator provided between two adjacent single cells with a metal material, even if the metal loses conductivity with oxidation, the conductivity between the single cells is ensured by the conductive member. Therefore, the internal resistance of the fuel cell does not become too large. When the conductivity between adjacent single cells is sufficiently ensured by the conducting means,
Since there is no need to ensure conductivity between the separator and the electrode, the separator can be made of a material having no conductivity, and the degree of freedom in selecting a material forming the separator is improved.

【0009】本発明の燃料電池において、前記導通手段
は、前記セパレータと前記電極との間で前記ガス流路が
形成される領域の外周部に配設されて、前記ガスが、前
記ガス流路から外部に漏れ出すのを防止するシール部材
として働くことともよい。
In the fuel cell according to the present invention, the conduction means is provided at an outer peripheral portion of a region where the gas flow path is formed between the separator and the electrode, and the gas is supplied to the gas flow path. It may work as a seal member for preventing leakage from the outside.

【0010】このような場合には、導通手段の他に、ガ
スが漏れ出すのを防止するシール部材をさらに設ける必
要がないため、燃料電池の部品点数が増加するのを抑
え、構成を簡素化することができる。
In such a case, it is not necessary to further provide a sealing member for preventing gas from leaking out, in addition to the conducting means, so that an increase in the number of parts of the fuel cell is suppressed and the structure is simplified. can do.

【0011】また、本発明の燃料電池は、前記ガス流路
が形成される領域および前記電気化学反応に関わる領域
の外部に配設され、所定の冷却媒体が内部を通過する冷
却媒体流路をさらに備え、前記セパレータは、前記冷却
媒体流路内に突出し、該冷却媒体流路内を通過する前記
冷却媒体との間で熱交換可能な熱交換部を備えることと
してもよい。
Further, the fuel cell according to the present invention has a cooling medium passage provided outside the region where the gas passage is formed and the region related to the electrochemical reaction and through which a predetermined cooling medium passes. Furthermore, the separator may include a heat exchanging portion that protrudes into the cooling medium flow path and that can exchange heat with the cooling medium passing through the cooling medium flow path.

【0012】このような燃料電池では、前記ガス流路が
形成される領域および前記電気化学反応に関わる領域の
外部に配設される冷却媒体流路内を通過する冷却媒体
と、セパレータが備える熱交換部との間で、熱交換が行
なわれるため、電気化学反応に伴って生じた熱は、セパ
レータおよびこれが備える熱交換部を介して、冷却媒体
に伝えられる。したがって、燃料電池内部を所定の温度
範囲に保つために、燃料電池の積層面に平行な方向に設
ける冷却媒体の流路を削減あるいは不要とすることがで
きる。したがって、このような流路を設けるための部材
が不要となり、燃料電池の構成を簡素化して全体を小型
化することが可能となる。さらに、燃料電池の積層面に
平行な方向に設ける冷却媒体の流路が不要となる場合に
は、燃料電池内部において、ガスの漏れを防ぐための構
造と、冷却媒体の漏れを防ぐための構造とを切り離すこ
とができ、シール性を実現すべき流体に応じて、それぞ
れの構造の設計の自由度を向上させることができる。
[0012] In such a fuel cell, the cooling medium passing through the cooling medium flow path provided outside the area where the gas flow path is formed and the area related to the electrochemical reaction, and the heat provided by the separator. Since heat is exchanged with the exchange unit, heat generated by the electrochemical reaction is transmitted to the cooling medium via the separator and the heat exchange unit provided in the separator. Therefore, in order to keep the inside of the fuel cell within a predetermined temperature range, the flow path of the cooling medium provided in a direction parallel to the stacking surface of the fuel cell can be reduced or made unnecessary. Therefore, a member for providing such a flow path is not required, and the configuration of the fuel cell can be simplified and the entire fuel cell can be reduced in size. Further, when a cooling medium flow path provided in a direction parallel to the stacking surface of the fuel cell is not required, a structure for preventing gas leakage and a structure for preventing cooling medium leakage inside the fuel cell. Can be separated from each other, and the degree of freedom in designing each structure can be improved in accordance with the fluid for which the sealing property is to be realized.

【0013】このような燃料電池において、前記セパレ
ータは、前記燃料電池が備える他のセパレータとの間
で、前記冷却媒体流路内を通過する前記冷却媒体を介し
て短絡を生じないように、その表面の少なくとも一部が
絶縁性材料によって被覆されることとしてもよい。
[0013] In such a fuel cell, the separator is so formed as not to cause a short circuit with another separator provided in the fuel cell via the cooling medium passing through the cooling medium flow path. At least a part of the surface may be covered with an insulating material.

【0014】このような構成とすれば、前記冷却媒体流
路内を通過する前記冷却媒体を介して短絡が生じないた
め、冷却媒体の選択の自由度が向上する。すなわち、冷
却媒体自体が導電性を有していてもよいため、熱伝導性
をより高める成分など、流体に導電性を与える成分を含
有する流体を用いることが可能となる。
With such a configuration, since a short circuit does not occur through the cooling medium passing through the cooling medium flow path, the degree of freedom in selecting the cooling medium is improved. That is, since the cooling medium itself may have conductivity, it is possible to use a fluid containing a component that gives conductivity to the fluid, such as a component that further enhances thermal conductivity.

【0015】また、本発明の燃料電池において、前記セ
パレータは、絶縁性材料によって形成されることとして
もよい。このような場合にも、導通手段を備えることに
よって、単セル間の導電性は充分に確保することができ
る。また、上記冷却媒体流路を備えると共に、セパレー
タに上記した熱交換部を設ける場合にも、冷却媒体を介
して短絡を生じることがなく、冷却媒体の選択の自由度
を確保することができる。
[0015] In the fuel cell of the present invention, the separator may be formed of an insulating material. Even in such a case, by providing the conduction means, the conductivity between the single cells can be sufficiently ensured. In addition, even when the cooling medium flow path is provided and the above-described heat exchange section is provided in the separator, a short circuit does not occur through the cooling medium, and the freedom of selecting the cooling medium can be secured.

【0016】本発明の燃料電池において、前記セパレー
タは、熱伝導性に優れた材料によって形成されることと
してもよい。上記冷却媒体流路を備えると共に、セパレ
ータに上記した熱交換部を設ける場合には、セパレータ
を熱伝導性に優れた材料によって形成することで、各単
セル内の温度分布状態をより均一にして、燃料電池の性
能を確保することができる。既述したように、隣り合う
単セル間の導電性が導通部材によって充分に確保される
場合には、セパレータが導電性を有している必要がない
ため、セパレータを構成する材料として、導電性を考慮
することなく熱伝導性に優れた材料を選択することがで
きる。
In the fuel cell according to the present invention, the separator may be formed of a material having excellent thermal conductivity. With the above-mentioned cooling medium flow path, in the case where the above-mentioned heat exchange part is provided in the separator, by forming the separator from a material having excellent thermal conductivity, the temperature distribution state in each unit cell is made more uniform. Thus, the performance of the fuel cell can be ensured. As described above, when the conductivity between adjacent unit cells is sufficiently ensured by the conductive member, the separator does not need to have conductivity. A material having excellent thermal conductivity can be selected without considering the above.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。本実施例の燃料電池は、固体
高分子型燃料電池である。固体高分子型燃料電池は、湿
潤状態で良好な導電性を示す固体高分子からなる膜を電
解質層として備えている。このような燃料電池は、アノ
ード側に水素を含有する燃料ガスの供給を受け、カソー
ド側に酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、以下に
示す電気化学反応を進行する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples. The fuel cell of this embodiment is a polymer electrolyte fuel cell. The polymer electrolyte fuel cell includes a membrane made of a polymer having good conductivity in a wet state as an electrolyte layer. In such a fuel cell, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode side, and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode side, and the following electrochemical reaction proceeds.

【0018】 H2 → 2H++2e- …(1) (1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2) H2+(1/2)O2 → H2O …(3)[0018] H 2 → 2H + + 2e - ... (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O ... (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O ... (3 )

【0019】(1)式はアノードにおける反応、(2)
式はカソードにおける反応を表わし、燃料電池全体では
(3)式に示す反応が進行する。このように、燃料電池
は、燃料電池に供給される燃料が有する化学エネルギを
直接電気エネルギに変換するものであり、エネルギ効率
が非常に高い装置として知られている。
Equation (1) is the reaction at the anode, (2)
The equation shows the reaction at the cathode, and the reaction shown in equation (3) proceeds in the whole fuel cell. As described above, the fuel cell directly converts chemical energy of the fuel supplied to the fuel cell into electric energy, and is known as a device having extremely high energy efficiency.

【0020】図1は、本発明の第1実施例である燃料電
池10の様子を模式的に表わす説明図であり、燃料電池
10を構成している後述する各部材の積層面に垂直方向
の断面の様子を表わしている。本実施例は、燃料電池内
部において充分な導電性を確保するための構造に特徴が
あるが、最初に図1に基づいて、燃料電池10の全体構
成について説明する。図1に示すように、燃料電池10
は、単セル20を複数積層したスタック構造として形成
されている。単セル20は、電解質膜21と、アノード
22およびカソード23と、セパレータ30とを備えて
いる。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a state of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention. The state of the cross section is shown. The present embodiment is characterized by a structure for ensuring sufficient conductivity inside the fuel cell. First, an overall configuration of the fuel cell 10 will be described with reference to FIG. As shown in FIG.
Is formed as a stack structure in which a plurality of single cells 20 are stacked. The single cell 20 includes an electrolyte membrane 21, an anode 22, a cathode 23, and a separator 30.

【0021】アノード22およびカソード23は、電解
質膜21を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ30は、このサンドイッチ
構造をさらに両側から挟みつつ、アノード22およびカ
ソード23との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を
形成する。アノード22とセパレータ30との間には単
セル内燃料ガス流路24Pが形成されており、カソード
23とセパレータ30との間には単セル内酸化ガス流路
25Pが形成されている。このように、一つの単セル2
0は、その両端部にそれぞれ1枚ずつセパレータ30を
備えているが、それぞれのセパレータ30は、隣り合う
2つの単セル20によって共有されており、隣接する単
セル20間で、燃料ガス流路24Pと酸化ガス流路25
Pとを隔てている。
The anode 22 and the cathode 23 are gas diffusion electrodes having a sandwich structure sandwiching the electrolyte membrane 21 from both sides. The separator 30 forms a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas between the anode 22 and the cathode 23 while further sandwiching the sandwich structure from both sides. Between the anode 22 and the separator 30, a fuel gas passage 24P in a single cell is formed, and between the cathode 23 and the separator 30, an oxidizing gas passage 25P in a single cell is formed. Thus, one single cell 2
0 has one separator 30 at each end thereof, and each separator 30 is shared by two adjacent single cells 20, and a fuel gas flow path is provided between adjacent single cells 20. 24P and oxidizing gas channel 25
P is separated.

【0022】ここで、電解質膜21は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜である。本実施例では、ナフィオン膜
(デュポン社製)を使用した。なお、図1に示すよう
に、電解質膜21の表面には、その両面において触媒層
26が設けられている。この触媒層26は、既述した電
気化学反応を促進する触媒である白金または白金と他の
金属からなる合金を、電解質膜21上に塗布することに
より形成される。
Here, the electrolyte membrane 21 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin. In this example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) was used. As shown in FIG. 1, a catalyst layer 26 is provided on both surfaces of the surface of the electrolyte membrane 21. The catalyst layer 26 is formed by applying platinum, which is a catalyst for promoting the electrochemical reaction described above, or an alloy composed of platinum and another metal onto the electrolyte membrane 21.

【0023】アノード22およびカソード23は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード22およ
びカソード23をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
The anode 22 and the cathode 23 are both formed of a carbon cloth woven with carbon fiber yarn. In the present embodiment, the anode 22 and the cathode 23 are formed of carbon cloth, but a configuration formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber is also suitable.

【0024】セパレータ30は、アルミニウム製の金属
板により形成されている。セパレータ30の両方の表面
には、それぞれ所定の形状の凹凸構造が形成されてい
る。この凹凸構造は、燃料電池内において、アノード2
2あるいはカソード23との間で、それぞれ、既述した
単セル内燃料ガス流路24Pあるいは単セル内酸化ガス
流路25Pを形成する。本実施例では、プレス成形によ
り上記所定の凹凸構造を形成した2枚の金属板を貼り合
わせることによって、セパレータ30を形成している。
なお、このように2枚の金属板を別々にプレス成形した
後に貼り合わせてセパレータを製造する場合には、セパ
レータのそれぞれの面に形成する凹凸構造の形状が互い
に影響されないため、凹凸構造の形状の設計自由度を向
上させることができる。さらに、2枚の金属板はそれぞ
れ、セパレータの一方の面に形成する凹凸構造を形成可
能な厚みを備えていれば済むため、これらを貼り合わせ
て形成するセパレータ30をより薄くすることが可能と
なる。このように、2枚の金属板を貼り合わせて形成し
たセパレータは種々の利点を有するが、もとより、1枚
の金属板をプレス成形して両側に所定の凹凸構造を有す
るようにセパレータ30を製造することとしても良く、
また、鋳造や鍛造によってセパレータ30を製造するこ
ととしても良い。
The separator 30 is formed of a metal plate made of aluminum. A concave-convex structure having a predetermined shape is formed on both surfaces of the separator 30. This concavo-convex structure allows the anode 2
2 or the cathode 23, the above-described fuel gas flow path 24P in the single cell or the oxidizing gas flow path 25P in the single cell is formed. In the present embodiment, the separator 30 is formed by bonding two metal plates having the above-mentioned predetermined uneven structure formed by press molding.
In the case where the separator is manufactured by separately press-molding the two metal plates and then bonding them together, the shapes of the uneven structures formed on the respective surfaces of the separator are not affected by each other. Design flexibility can be improved. Further, since the two metal plates only need to have a thickness capable of forming the concave-convex structure formed on one surface of the separator, the separator 30 formed by laminating the two can be made thinner. Become. As described above, the separator formed by laminating two metal plates has various advantages. In addition, the separator 30 is manufactured by pressing one metal plate so as to have a predetermined uneven structure on both sides. You can also do
Further, the separator 30 may be manufactured by casting or forging.

【0025】図2に、セパレータ30の構成を示す。こ
の図2は、セパレータ30を、燃料電池10における積
層方向から見た様子を表わす。セパレータ30は、図2
に示すように四角形の平板状に形成されており、その表
面は、上記した凹凸構造が形成された領域である流路形
成部32と、その周辺領域である外縁部34とに分ける
ことができる。流路形成部32は、燃料電池10内で
は、既述したガス拡散電極と接触して、このガス拡散電
極との間で既述した単セル内ガス流路を形成する領域で
ある。図2に示したセパレータ30が備える流路形成部
32は、断面四角形の凸部を規則的に配置した凹凸構造
を備えているが、この凹凸構造は他の形状としてもよ
く、ガス拡散電極との間で単セル内ガス流路を形成可能
であればよい。外縁部34は、平坦な板状の領域であ
り、所定の位置に4つの孔部を備えている。燃料電池内
では、この孔部を、後述する燃料ガス供給マニホール
ド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホー
ルド、酸化ガス排出マニホールドが貫通する。また、こ
の外縁部24は、燃料電池内において、後述する外周部
材27あるいは導通部材28と接触する(接着される)
領域である。
FIG. 2 shows the structure of the separator 30. FIG. 2 shows the separator 30 as viewed from the stacking direction of the fuel cell 10. The separator 30 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the surface is divided into a flow path forming portion 32 in which the above-described uneven structure is formed and an outer edge portion 34 as a peripheral region thereof. . The flow path forming section 32 is an area in the fuel cell 10 that is in contact with the gas diffusion electrode described above and forms the gas flow path in the single cell described above with the gas diffusion electrode. The flow path forming portion 32 provided in the separator 30 shown in FIG. 2 has an uneven structure in which convex portions having a rectangular cross section are regularly arranged. However, the uneven structure may have another shape. It is sufficient that a gas flow path in a single cell can be formed between them. The outer edge portion 34 is a flat plate-shaped region, and has four holes at predetermined positions. In the fuel cell, a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, an oxidizing gas supply manifold, and an oxidizing gas discharge manifold penetrate through this hole. The outer edge 24 contacts (adheres) an outer peripheral member 27 or a conductive member 28 described later in the fuel cell.
Area.

【0026】セパレータ30、アノード22、電解質膜
21、カソード23、セパレータ30をこの順に積層し
ていくことにより上記スタック構造が形成されるが、こ
のようなスタック構造において、各部材の外周部(スタ
ック構造の外壁側面に対応する領域)には、外周部材2
7が配設されている。外周部材27は、絶縁性の樹脂に
より形成され、積層された各部材の外周部に配設される
ことによって、燃料電池内部で短絡が生じるのを防止す
ると共に、燃料電池内部のガス流路からガスが外部に漏
れ出すのを防いでいる。なお、スタック構造を構成する
各部材と、外周部材27とが接触する領域には、所定の
接着剤が塗布されており、燃料ガスおよび酸化ガスのシ
ール性は、実質的にはこの接着剤によって確保されてい
る。さらに、セパレータ30と外周部材27とが接触す
る領域の一部には、上記接着剤に代えて、導通部材28
が配設されている。この導通部材28は、本発明の要部
に対応する構造であり、後で詳しく説明する。
The stack structure is formed by laminating the separator 30, the anode 22, the electrolyte membrane 21, the cathode 23, and the separator 30 in this order. In such a stack structure, the outer peripheral portion (stack) of each member is formed. In the area corresponding to the side of the outer wall of the structure), the outer peripheral member 2
7 are provided. The outer peripheral member 27 is formed of an insulating resin, and is disposed on an outer peripheral portion of each of the laminated members, thereby preventing a short circuit from occurring inside the fuel cell and preventing a short circuit from occurring inside the fuel cell. It prevents gas from leaking out. A predetermined adhesive is applied to a region where each member constituting the stack structure and the outer peripheral member 27 are in contact with each other, and the sealing property of the fuel gas and the oxidizing gas is substantially reduced by this adhesive. Is secured. Further, instead of the adhesive, a conductive member 28 is provided in a part of the region where the separator 30 and the outer peripheral member 27 are in contact with each other.
Are arranged. The conductive member 28 has a structure corresponding to a main part of the present invention, and will be described later in detail.

【0027】さらに、燃料電池10の内部には、単セル
20の積層方向にわたって、各セパレータ30および外
周部材27を貫通して、燃料ガスおよび酸化ガスの流路
であるガスマニホールドが形成されている。図3は、燃
料電池10内に形成された燃料ガスおよび酸化ガスの流
路の様子を模式的に表わす説明図であり、図1に示した
断面と同様の方向から見た様子を表わす。燃料電池10
内には、燃料ガス供給マニホールド40、燃料ガス排出
マニホールド44、酸化ガス供給マニホールド42、酸
化ガス排出マニホールド46が設けられている。図1に
示した断面には、燃料ガス供給マニホールド40および
酸化ガス供給マニホールド42だけが現われているが、
実際の燃料電池10には、このように4本のガスマニホ
ールドが形成されている。燃料ガス供給マニホールド4
0および酸化ガス供給マニホールド42は、それぞれ、
燃料ガスあるいは酸化ガスを各単セル20に分配するた
めの構造である。また、燃料ガス排出マニホールドおよ
び酸化ガス排出マニホールドは、それぞれ、各単セル2
0から排出される燃料ガスあるいは酸化ガスを集合させ
るための構造である。
Further, inside the fuel cell 10, a gas manifold, which is a flow path for fuel gas and oxidizing gas, is formed through the separators 30 and the outer peripheral member 27 in the stacking direction of the single cells 20. . FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a state of a flow path of the fuel gas and the oxidizing gas formed in the fuel cell 10, and shows a state viewed from the same direction as the cross section shown in FIG. Fuel cell 10
Inside, a fuel gas supply manifold 40, a fuel gas discharge manifold 44, an oxidizing gas supply manifold 42, and an oxidizing gas discharge manifold 46 are provided. Although only the fuel gas supply manifold 40 and the oxidizing gas supply manifold 42 appear in the cross section shown in FIG.
In the actual fuel cell 10, four gas manifolds are formed as described above. Fuel gas supply manifold 4
0 and the oxidizing gas supply manifold 42 are respectively
This is a structure for distributing fuel gas or oxidizing gas to each unit cell 20. The fuel gas discharge manifold and the oxidizing gas discharge manifold are each a single cell 2
This is a structure for collecting fuel gas or oxidizing gas discharged from zero.

【0028】なお、これらのガスマニホールドは、外周
部材27およびセパレータ30の各々において、燃料電
池内で積層したときに互いに重なる所定の位置に、単セ
ル20の積層方向に貫通する孔部を設け、これら各部材
が備える孔部の間で充分なガスシール性を実現すること
により形成することができる。あるいは、燃料電池10
において、その積層方向に平行に管状部材をはめ込むこ
とによって、ガスマニホールドを形成することとしても
よい。このようにしてガスマニホールドを形成する場合
には、ガスマニホールドの外周部を絶縁しておけばよ
い。例えば、ガスマニホールドを形成するために燃料電
池10内にはめ込む管状部材の表面を、導電性を有しな
い樹脂で被覆したり、導電性を有しない樹脂によって上
記管状部材を形成することとすればよい。
These gas manifolds are provided with holes penetrating in the stacking direction of the unit cells 20 at predetermined positions of the outer peripheral member 27 and the separator 30 which overlap each other when stacked in the fuel cell. It can be formed by realizing a sufficient gas sealing property between the holes provided in these members. Alternatively, the fuel cell 10
In the above, the gas manifold may be formed by fitting a tubular member in parallel to the lamination direction. When the gas manifold is formed in this way, the outer periphery of the gas manifold may be insulated. For example, the surface of a tubular member fitted into the fuel cell 10 to form a gas manifold may be coated with a non-conductive resin, or the tubular member may be formed of a non-conductive resin. .

【0029】上記したように、各マニホールドは、燃料
電池10の内部を単セル20の積層方向に貫通して設け
られているが、これら各マニホールドは、各単セル内に
設けられた単セル内ガス流路と連通している。すなわ
ち、燃料ガス供給マニホールド40と単セル内燃料ガス
流路24Pとを連通させる燃料ガス供給分岐路41と、
酸化ガス供給マニホールド42と単セル内酸化ガス流路
25Pとを連通させる酸化ガス供給分岐路43と、燃料
ガス排出マニホールド44と単セル内燃料ガス流路24
Pとを連通させる燃料ガス排出分岐路45と、酸化ガス
排出マニホールド46と単セル内酸化ガス流路25Pと
を連通させる酸化ガス排出分岐路47とが設けられてい
る。このようにガスマニホールドと単セル内ガス流路と
を連通させる流路は、例えば、外周部材27におけるセ
パレータ30との接触面、すなわちセパレータ30がは
め込まれる面上に、所定の形状の凹部を設け、外周部材
27にはめ込まれたセパレータ30表面とこの凹部とに
より形成することができる(図1に示した燃料ガス供給
分岐路41参照)。
As described above, each of the manifolds is provided so as to penetrate the inside of the fuel cell 10 in the stacking direction of the unit cells 20, and each of the manifolds is provided in the unit cell provided in each unit cell. It communicates with the gas flow path. That is, a fuel gas supply branch 41 that allows the fuel gas supply manifold 40 to communicate with the fuel gas flow path 24P in the single cell,
An oxidizing gas supply branch 43 for communicating the oxidizing gas supply manifold 42 with the oxidizing gas flow path 25P in the single cell; a fuel gas discharge manifold 44;
There is provided a fuel gas discharge branch 45 for communicating P and an oxidizing gas discharge branch 47 for connecting the oxidizing gas discharge manifold 46 and the oxidizing gas flow path 25P in the single cell. As described above, the flow path that allows the gas manifold to communicate with the gas flow path inside the single cell is provided, for example, by providing a concave portion of a predetermined shape on the contact surface of the outer peripheral member 27 with the separator 30, that is, the surface on which the separator 30 is fitted. The recess can be formed by the surface of the separator 30 fitted in the outer peripheral member 27 and the concave portion (see the fuel gas supply branch 41 shown in FIG. 1).

【0030】外部から燃料電池10に供給された燃料ガ
スは、燃料ガス供給マニホールド40を通過しつつ、燃
料ガス供給分岐路41を介して各単セル20に分配され
る。各単セル20内では、単セル内燃料ガス流路24P
を通過しつつ電気化学反応に供され、燃料ガス排出分岐
路45を介して燃料ガス排出マニホールド44に集合
し、外部に導かれる。同様に、外部から燃料電池10に
供給された酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド42
を通過しつつ、酸化ガス供給分岐路43を介して各単セ
ル20に分配される。各単セル20内では、単セル内酸
化ガス流路25Pを通過しつつ電気化学反応に供され、
酸化ガス排出分岐路47を介して酸化ガス排出マニホー
ルド46に集合し、外部に導かれる。
The fuel gas supplied from outside to the fuel cell 10 is distributed to each unit cell 20 via the fuel gas supply branch 41 while passing through the fuel gas supply manifold 40. In each single cell 20, the fuel gas flow path 24P in the single cell
Are passed through the fuel cell and subjected to an electrochemical reaction, gathered in the fuel gas discharge manifold 44 via the fuel gas discharge branch 45, and guided outside. Similarly, the oxidizing gas supplied from the outside to the fuel cell 10 is supplied to the oxidizing gas supply manifold 42.
And is distributed to each single cell 20 via the oxidizing gas supply branch 43. In each single cell 20, it is subjected to an electrochemical reaction while passing through the oxidizing gas flow path 25P in the single cell,
The oxidized gas is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 46 via the oxidizing gas discharge branch 47 and is guided to the outside.

【0031】なお、図1に示した燃料電池10では、燃
料ガス供給マニホールド40と酸化ガス供給マニホール
ド42とは、互いに近傍に配設しているが、これらのガ
スマニホールドは、異なる位置に配置することとしても
良い。燃料電池10内に設ける既述した4本のガスマニ
ホールドは、単セル内ガス流路の形状、すなわち、単セ
ル内ガス流路を形成するためにセパレータ30の表面に
設ける凹凸構造の形状に応じ、この単セル内ガス流路と
の間でガスのやり取りが可能となる任意の位置に設ける
ことができる。このようなガスマニホールドは、燃料電
池内の外壁側面近傍において単セル20の積層方向に並
行に設けることにより、燃料電池10内で電気化学反応
に関わる領域に影響することなく配置することができ
る。
In the fuel cell 10 shown in FIG. 1, the fuel gas supply manifold 40 and the oxidizing gas supply manifold 42 are arranged near each other, but these gas manifolds are arranged at different positions. It is good. The above-mentioned four gas manifolds provided in the fuel cell 10 have a shape corresponding to the shape of the gas flow path in the single cell, that is, the shape of the concavo-convex structure provided on the surface of the separator 30 to form the gas flow path in the single cell. It can be provided at any position where gas can be exchanged with the gas flow path in the single cell. By providing such a gas manifold near the outer wall side surface in the fuel cell in parallel with the stacking direction of the single cells 20, it is possible to arrange the gas manifold without affecting a region related to an electrochemical reaction in the fuel cell 10.

【0032】次に、本発明の要部に対応する導通部材2
8について説明する。この導通部材28は、既述したよ
うに、セパレータ30と外周部材27とが接触する領域
の一部に設けられているが、セパレータ30と外周部材
27との接触面に沿って設けられており、このセパレー
タ30の両側に配設された2つのガス拡散電極の表面に
その端部が接するように形成されている。すなわち、導
通部材28の両端部は、セパレータ30を挟んで対峙す
る2つのガス拡散電極それぞれの表面と接している。し
たがって、図1に示したスタック構造を備える本実施例
の燃料電池10では、各セパレータ30を挟んで対峙す
る2つのガス拡散電極は、導通部材28によって電気的
に接続されており、隣接する単セル20間の導電性は導
通部材28によって確保されている。
Next, the conductive member 2 corresponding to the main part of the present invention
8 will be described. As described above, the conductive member 28 is provided in a part of the region where the separator 30 and the outer peripheral member 27 are in contact, but is provided along the contact surface between the separator 30 and the outer peripheral member 27. The two gas diffusion electrodes provided on both sides of the separator 30 are formed such that their ends are in contact with the surfaces thereof. That is, both ends of the conductive member 28 are in contact with the surfaces of the two gas diffusion electrodes facing each other with the separator 30 interposed therebetween. Therefore, in the fuel cell 10 of this embodiment having the stack structure shown in FIG. 1, the two gas diffusion electrodes facing each other with the separator 30 interposed therebetween are electrically connected by the conductive member 28, and The conductivity between the cells 20 is ensured by the conduction member 28.

【0033】導通部材28は、導電性を有する樹脂(例
えば、カーボンブラックを配合した樹脂)により形成さ
れる。このような導通部材28は、導電性樹脂をペース
ト状に用意して、セパレータ30と外周部材27とが接
触する領域に、既述した接着剤と同様に塗布することで
配設できる。したがって本実施例の燃料電池10では、
導通部材28が配設される領域では、この導通部材28
によってガスシール性が確保されており、それ以外の領
域では、既述した接着剤によってガスシール性が確保さ
れている。
The conductive member 28 is formed of a conductive resin (for example, a resin containing carbon black). Such a conductive member 28 can be provided by preparing a conductive resin in a paste form and applying the conductive resin to a region where the separator 30 and the outer peripheral member 27 are in contact with each other in the same manner as the adhesive described above. Therefore, in the fuel cell 10 of the present embodiment,
In a region where the conductive member 28 is provided, the conductive member 28
Thus, gas sealing properties are ensured, and in other areas, gas sealing properties are ensured by the adhesive described above.

【0034】図4は、燃料電池10を構成するスタック
構造の外観を表わす説明図である。既述した各部材を所
定の順序で積層することによって形成した燃料電池10
は、単セル20を直列に接続してなり、所定の数の単セ
ル20を備えることによって、所望の出力を確保してい
る。単セル20を積層した両端部には、端子36A,3
7Aを備える集電板36,37が配設されており、燃料
電池10は、上記両端子を介して外部に出力可能となっ
ている。集電板36,37のさらに外側には、導電性を
有しない絶縁板38,39、および、エンドプレート4
8,49が配設されている。燃料電池10は、さらに、
図示しない加圧機構を有しており、この加圧機構によっ
てエンドプレート48,49を介してスタック構造に対
して、その積層方向に押圧力を加えて構造を維持してい
る。なお、図4では記載を省略したが、燃料電池10の
端部には、燃料ガスの給排装置および酸化ガスの給排装
置と接続する構造が設けられており、これらの装置と、
既述した各ガスマニホールドとの間で、ガスの給排が可
能となっている。
FIG. 4 is an explanatory view showing the appearance of a stack structure constituting the fuel cell 10. As shown in FIG. A fuel cell 10 formed by laminating the above-described members in a predetermined order
Has a predetermined number of single cells 20 connected in series to ensure a desired output. Terminals 36A, 3 are provided at both ends where the unit cells 20 are stacked.
Current collector plates 36 and 37 having 7A are provided, and the fuel cell 10 can output to the outside via the above-mentioned two terminals. Further outside the current collector plates 36 and 37, insulating plates 38 and 39 having no conductivity and an end plate 4
8,49 are provided. The fuel cell 10 further includes:
A pressing mechanism (not shown) is provided, and the pressing mechanism applies a pressing force to the stack structure via the end plates 48 and 49 in the stacking direction to maintain the structure. Although not shown in FIG. 4, at the end of the fuel cell 10, a structure for connecting to a fuel gas supply / discharge device and an oxidizing gas supply / discharge device is provided.
Gas can be supplied to and exhausted from each of the gas manifolds described above.

【0035】以上のように構成された第1実施例の燃料
電池10によれば、各セパレータ30を挟んで隣り合う
2つのガス拡散電極は、導通部材28によって電気的に
接続されているため、隣接する各単セル20間の導電性
を充分に確保することができ、燃料電池10内の内部抵
抗を充分に低く抑えることができる。本実施例の燃料電
池10では、既述したようにセパレータ30はアルミニ
ウムにより形成されているが、アルミニウムは容易に酸
化されて、導電性が低い酸化膜をその表面に形成してし
まう。ここで、本実施例の燃料電池10は、各単セル2
0間の導電性を、導通部材28によって充分に確保して
いるため、セパレータ30の表面に酸化膜が形成されて
も、燃料電池10の内部抵抗を充分に低く抑えることが
できる。すなわち、セパレータ30の表面に酸化膜が形
成されることによって、セパレータ30と、これに隣接
するガス拡散電極との間の接触抵抗が増大しても、隣接
し合う単セル20間の導電性は、導通部材28によって
充分に確保することができる。
According to the fuel cell 10 of the first embodiment configured as described above, two gas diffusion electrodes adjacent to each other with the separator 30 interposed therebetween are electrically connected by the conducting member 28. The conductivity between the adjacent single cells 20 can be sufficiently ensured, and the internal resistance in the fuel cell 10 can be sufficiently suppressed. In the fuel cell 10 of the present embodiment, the separator 30 is formed of aluminum as described above, but aluminum is easily oxidized, and an oxide film having low conductivity is formed on the surface. Here, each fuel cell 10 of the present embodiment is
Since the electrical conductivity between zero is sufficiently ensured by the conductive member 28, even if an oxide film is formed on the surface of the separator 30, the internal resistance of the fuel cell 10 can be sufficiently suppressed. That is, even if the contact resistance between the separator 30 and the gas diffusion electrode adjacent thereto increases due to the formation of the oxide film on the surface of the separator 30, the conductivity between the adjacent single cells 20 is maintained. , Can be sufficiently ensured by the conducting member 28.

【0036】上記実施例では、導通部材28を導電性樹
脂によって形成することとしたが、このように充分な接
着性を実現可能な材料によって導通部材28を形成すれ
ば、この導通部材28によってガスのシール性を確保す
ることができるため、導通部材28を用いることで従来
必要であった接着剤を省き、部品点数の増加を抑えるこ
とができる。また、導通部材28を構成する材料が、導
電性樹脂のようにペースト状に用意できるものであれ
ば、所定の部材の所望の位置に塗布することによって、
導通部材28を配設することができる。
In the above embodiment, the conductive member 28 is formed of a conductive resin. However, if the conductive member 28 is formed of a material capable of realizing sufficient adhesiveness as described above, the conductive member 28 Therefore, the use of the conductive member 28 eliminates the need for an adhesive, which is conventionally required, and suppresses an increase in the number of parts. Further, if the material constituting the conductive member 28 can be prepared in a paste form such as a conductive resin, the conductive member 28 is applied to a desired position of a predetermined member,
A conducting member 28 can be provided.

【0037】なお、導通部材28は、上記した導電性樹
脂以外の導電性材料により構成することとしても良く、
充分な導電性と、燃料電池の動作環境下における充分な
耐食性を備え、隣接する単セル間の導電性を確保するこ
とができればよい。上記したように、セパレータ30を
介して隣り合うガス拡散電極同士を接続することによっ
て、燃料電池の内部抵抗の増大を抑える所定の効果を得
ることができる。例えば、導電性ゴムや、導電性のセラ
ミックなどを用いることができる。導電性を有するセラ
ミックとしては、例えば、窒化チタンや窒化クロムなど
の窒化物、あるいは、酸化スズや酸化タングステン、酸
化インジウム、ITO(インジウムとスズの複合酸化
物)などの酸化物を挙げることができる。あるいは、ニ
ッケルやチタンなど、酸化しても導電性を有する金属を
用いることとしても良く、燃料電池に組み込んだ際に許
容できる耐食性を有していればよい。導通部材28を、
導電性のセラミックなど固形の材料によって形成する場
合には、この材料を導通部材として所望の形状に成形
し、これを導通部材として、スタック構造を構成する他
の部材と一緒に所定の順序で所定の位置に積層し、燃料
電池を構成することとすればよい。
The conductive member 28 may be made of a conductive material other than the above-described conductive resin.
It suffices if it has sufficient conductivity and sufficient corrosion resistance under the operating environment of the fuel cell, and can ensure conductivity between adjacent single cells. As described above, by connecting the adjacent gas diffusion electrodes via the separator 30, a predetermined effect of suppressing an increase in the internal resistance of the fuel cell can be obtained. For example, conductive rubber, conductive ceramic, or the like can be used. Examples of the ceramic having conductivity include nitrides such as titanium nitride and chromium nitride, and oxides such as tin oxide, tungsten oxide, indium oxide, and ITO (composite oxide of indium and tin). . Alternatively, a metal having conductivity even when oxidized, such as nickel or titanium, may be used, as long as it has acceptable corrosion resistance when incorporated into a fuel cell. The conduction member 28
When formed of a solid material such as a conductive ceramic, this material is formed into a desired shape as a conductive member, and this is formed as a conductive member together with other members constituting the stack structure in a predetermined order. May be stacked to form a fuel cell.

【0038】既述した実施例では、各単セル20におい
て、セパレータ30と外周部材27とが接触する領域の
一部に導通部材28を配設することとしたが、隣接する
単セル間で充分な導電性が実現できるならば、導通部材
28を配設する領域の広さは任意に定めることができ
る。例えば、セパレータの外周全体に導通部材28を配
設することとしても良い。この場合、導通部材28を形
成する材料がシール性を充分に実現可能な材料であれ
ば、既述した接着剤を不要とすることが可能となり、部
品点数を減らして燃料電池10の構成を簡素化すること
ができる。
In the embodiment described above, in each unit cell 20, the conducting member 28 is provided in a part of the area where the separator 30 and the outer peripheral member 27 are in contact. As long as sufficient conductivity can be realized, the area of the area where the conductive member 28 is provided can be arbitrarily determined. For example, the conductive member 28 may be provided on the entire outer periphery of the separator. In this case, if the material forming the conductive member 28 is a material capable of sufficiently achieving the sealing property, the above-mentioned adhesive can be eliminated, and the number of parts can be reduced to simplify the configuration of the fuel cell 10. Can be

【0039】上記実施例では、セパレータ30をアルミ
ニウムにより構成したが、他の金属によりセパレータ3
0を構成することとしてもよい。このような場合にも、
燃料電池の内部抵抗を小さくするという既述した効果が
得られ、セパレータを構成する金属が酸化により導電性
を低下させる金属であっても、燃料電池の内部抵抗が次
第に増大することによる不都合を抑えることができる。
また、ステンレスは、その表面に導電性が低い不動態層
を膜を通常備えているが、このような金属を用いて製造
したセパレータを用いて燃料電池を構成する場合にも、
導通部材28を設けることによって、単セル間の導電性
を確保して、燃料電池の内部抵抗を充分に抑えることが
できる。
Although the separator 30 is made of aluminum in the above embodiment, the separator 3 is made of another metal.
0 may be configured. In such a case,
The above-described effect of reducing the internal resistance of the fuel cell is obtained, and even if the metal constituting the separator is a metal whose conductivity is reduced by oxidation, the inconvenience due to the gradually increasing internal resistance of the fuel cell is suppressed. be able to.
In addition, stainless steel is generally provided with a film having a low-conductivity passivation layer on its surface, but also when a fuel cell is configured using a separator manufactured using such a metal,
By providing the conductive member 28, conductivity between the single cells can be secured, and the internal resistance of the fuel cell can be sufficiently suppressed.

【0040】あるいは、導通部材28によって充分な導
電性が確保できる場合には、金属製のセパレータ30
を、導電性を有しない材料で被覆して形成することもで
きる。金属材料の中には、強度とコストの面では優れる
ものの、燃料電池内に組み込むセパレータを構成する材
料としては耐食性が不十分なものも存在する。このよう
な金属材料でセパレータを形成する場合に、セパレータ
の導電性を確保する必要があるならば、希少な貴金属に
よってセパレータの被覆を行なって金属製セパレータの
耐食性を確保する必要があるが、導電性を導通部材28
によって確保することで、導電性を有しない材料でセパ
レータ30を被覆して耐食性を確保することが可能とな
る。セパレータ30の被覆のためには、例えば、金属と
の接合性に優れたエポキシ樹脂や、耐熱性に優れたフェ
ノール樹脂などの樹脂材料を用いることができる。この
ように、強度および成形性に優れ、製造工程を簡素化可
能であるという利点を有する金属材料によってセパレー
タ30を製造する際に、耐食性を確保するために貴金属
などを用いる必要がなくなり、材料選択の自由度を向上
させることができる。
Alternatively, if sufficient conductivity can be ensured by the conductive member 28, the metal separator 30
Can be formed by coating with a material having no conductivity. Some metal materials are excellent in strength and cost, but have insufficient corrosion resistance as a material constituting a separator incorporated in a fuel cell. When forming a separator with such a metal material, if it is necessary to ensure the conductivity of the separator, it is necessary to coat the separator with a rare precious metal to ensure the corrosion resistance of the metal separator. The conductive member 28
As a result, it is possible to cover the separator 30 with a material having no conductivity to ensure corrosion resistance. For covering the separator 30, for example, a resin material such as an epoxy resin having an excellent bondability with a metal and a phenol resin having an excellent heat resistance can be used. As described above, when the separator 30 is manufactured from a metal material having an advantage of being excellent in strength and moldability and capable of simplifying the manufacturing process, it is not necessary to use a noble metal or the like in order to secure corrosion resistance. Degree of freedom can be improved.

【0041】さらに、金属以外の材料によってセパレー
タ30を形成してもよく、特に、導通部材28により充
分な導電性を確保できる場合には、導電性を有しない材
料によってセパレータ30を構成することとしても良
い。樹脂などの非金属材料を用いることができ、強度や
加工性や耐食性などを考慮して、適宜選択すればよい。
Further, the separator 30 may be formed of a material other than metal. In particular, when sufficient conductivity can be ensured by the conductive member 28, the separator 30 may be formed of a material having no conductivity. Is also good. A nonmetallic material such as a resin can be used, and may be appropriately selected in consideration of strength, workability, corrosion resistance, and the like.

【0042】なお、上記第1実施例では、導通部材28
は、燃料電池において電気化学反応に関わる領域の外周
部において、セパレータ30と外周部材27との接触面
に沿って形成されることとしたが、セパレータ30を挟
んで隣り合うガス拡散電極間を接続するならば、異なる
領域に導通部材を配設することとしてもよい。
In the first embodiment, the conductive member 28
Is formed along the contact surface between the separator 30 and the outer peripheral member 27 at the outer peripheral portion of the region related to the electrochemical reaction in the fuel cell, but connects the gas diffusion electrodes adjacent to each other with the separator 30 interposed therebetween. If so, conductive members may be provided in different areas.

【0043】また、上記した実施例では、その表面が次
第に導電性を失ってゆく金属によってセパレータを形成
した場合について述べたが、セパレータが、燃料電池内
の条件下において充分な導電性を維持可能であっても、
上記した導通部材28のように、セパレータを間に介し
て隣り合うガス拡散電極を接続して隣接する単セル間の
導電性を確保する部材をさらに備えることにより、燃料
電池の内部抵抗をより小さくすることができる。
In the above-described embodiment, the case where the separator is formed of a metal whose surface gradually loses conductivity has been described. However, the separator can maintain sufficient conductivity under the conditions in the fuel cell. Even
Like the conductive member 28 described above, by further providing a member that connects adjacent gas diffusion electrodes with a separator interposed therebetween to ensure conductivity between adjacent single cells, the internal resistance of the fuel cell can be further reduced. can do.

【0044】なお、上記実施例では説明を省略したが、
燃料電池10の内部には冷却水が通過する流路が形成さ
れている。燃料電池において既述した電気化学反応によ
り起電力が発生する際、燃料の有する化学エネルギの一
部が電気エネルギに変換されることなく熱として放出さ
れるなどの理由によって、熱が生じる。したがって通常
は、燃料電池の運転温度を望ましい温度範囲に保つため
に、冷却水が通過する流路を燃料電池内部に設け、この
冷却水を介して過剰な熱を外部に取り出している。
Although the description has been omitted in the above embodiment,
A flow path through which the cooling water passes is formed inside the fuel cell 10. When an electromotive force is generated by the above-described electrochemical reaction in a fuel cell, heat is generated because a part of the chemical energy of the fuel is released as heat without being converted into electric energy. Therefore, in order to keep the operating temperature of the fuel cell in a desired temperature range, a flow path through which the cooling water passes is usually provided inside the fuel cell, and excess heat is taken out through the cooling water.

【0045】図5は、燃料電池10の変形例である燃料
電池10Aの構成を表わす説明図であり、図1と同様の
方向から見た断面の様子を表わす。この燃料電池10A
は、図1に示した燃料電池10とほぼ同様の構成を有し
ており、共通する部材には同じ番号を付して詳しい説明
は省略する。既述したように、図1に示した燃料電池1
0では冷却水の流路の記載を省略したが、図5では冷却
水の流路を記載しており、燃料電池10Aは、この冷却
水の流路を形成するためのスペーサ50を備えている。
スペーサ50は、平板状の部材であり、隣接するセパレ
ータ30Aとの間で冷却水路51Aを形成する。このよ
うなスペーサ50を備える燃料電池10Aにおいても、
既述した実施例と同様に、ガス拡散電極同士を接続する
導通部材28Aを設けることで、燃料電池の内部抵抗が
増大してしまうのを抑えることができる。以下に、燃料
電池10Aの構成について説明する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell 10A which is a modification of the fuel cell 10, and shows a cross section viewed from the same direction as FIG. This fuel cell 10A
Has substantially the same configuration as the fuel cell 10 shown in FIG. 1, and common members are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. As described above, the fuel cell 1 shown in FIG.
0, the description of the flow path of the cooling water is omitted, but FIG. 5 illustrates the flow path of the cooling water, and the fuel cell 10A includes a spacer 50 for forming the flow path of the cooling water. .
The spacer 50 is a plate-shaped member, and forms a cooling water passage 51A with the adjacent separator 30A. Also in the fuel cell 10A including such a spacer 50,
As in the above-described embodiment, by providing the conductive member 28A for connecting the gas diffusion electrodes, it is possible to suppress an increase in the internal resistance of the fuel cell. Hereinafter, the configuration of the fuel cell 10A will be described.

【0046】セパレータ30Aは、図1に示したセパレ
ータ30と同様の金属製セパレータであり、表面に所定
の形状の凹凸構造を有し、この凹凸構造によって、隣接
するガス拡散電極との間で燃料ガス流路24Pあるいは
酸化ガス流路25Pを形成する。なお、図5に示したセ
パレータ30Aは、金属板をプレス成形することによっ
てその両面に所定の凹凸形状を備えるように形成するこ
ととしたが、セパレータ30のように表面に所定の凹凸
形状を有する2枚の薄板を貼り合わせるなど、異なる方
法で製造してもよい。
The separator 30A is a metal separator similar to the separator 30 shown in FIG. 1 and has a concave and convex structure having a predetermined shape on its surface. A gas passage 24P or an oxidizing gas passage 25P is formed. The separator 30A shown in FIG. 5 is formed by pressing a metal plate so as to have a predetermined uneven shape on both surfaces thereof, but has a predetermined uneven shape on the surface like the separator 30. It may be manufactured by a different method such as laminating two thin plates.

【0047】また、図5では記載を省略しているが、電
解質膜21と各ガス拡散電極(アノード22あるいはカ
ソード23)との間には、図1に示した燃料電池10と
同様に、触媒層26が設けられている。
Although not shown in FIG. 5, a catalyst is provided between the electrolyte membrane 21 and each gas diffusion electrode (anode 22 or cathode 23) similarly to the fuel cell 10 shown in FIG. A layer 26 is provided.

【0048】スペーサ50は、セパレータ30Aと同様
の金属製部材であり、上記したように平板状に形成され
ている。このスペーサ50は、積層された所定数の単セ
ル20ごとに、2枚のセパレータ30Aに挟持される位
置に配設される。ここで、燃料電池10A内での冷却水
の流れについて説明する。
The spacer 50 is a metal member similar to the separator 30A, and is formed in a flat plate shape as described above. The spacer 50 is provided at a position sandwiched between two separators 30A for each of a predetermined number of the unit cells 20 stacked. Here, the flow of the cooling water in the fuel cell 10A will be described.

【0049】図6は、燃料電池10A内における冷却水
の流路の様子を模式的に表わす説明図であり、図3と同
様の方向から見た様子を表わす。図5に示した燃料電池
10Aの断面には現われていないが、燃料電池10A
は、その積層方向に貫通して設けられた冷却水供給マニ
ホールド52および冷却水排出マニホールド53を備え
ている。燃料電池10Aの外部から供給される冷却水
は、冷却水供給マニホールド52を通過しつつ、各冷却
水路51Aに分配される。燃料電池10Aの内部に設け
られた冷却水路51Aを通過する冷却水は、燃料電池1
0Aとの間で熱交換を行なうことによって昇温し、冷却
水排出マニホールド53に集合して燃料電池10Aの外
部に導かれる。上記したように、セパレータ30Aと共
に冷却水路51Aを形成するスペーサ50は、積層され
た所定数の単セル20ごとに配設されるが、2枚のスペ
ーサ50間に積層される単セル20の数は、燃料電池1
0Aの内部温度が所望の温度範囲に維持されるように、
冷却水による冷却効率などに応じて設定すればよい。図
6では、単セル20を10個積層するごとにスペーサ5
0を配設することとした。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the state of the flow path of the cooling water in the fuel cell 10A, and shows a state viewed from the same direction as FIG. Although not shown in the cross section of the fuel cell 10A shown in FIG.
Is provided with a cooling water supply manifold 52 and a cooling water discharge manifold 53 provided to penetrate in the laminating direction. The cooling water supplied from the outside of the fuel cell 10A is distributed to each cooling water passage 51A while passing through the cooling water supply manifold 52. The cooling water passing through the cooling water passage 51A provided inside the fuel cell 10A is
The temperature rises by performing heat exchange between the fuel cell 10A and the fuel cell 10A, and is collected in the cooling water discharge manifold 53 and guided to the outside of the fuel cell 10A. As described above, the spacers 50 that form the cooling water passages 51A together with the separators 30A are provided for each of the predetermined number of the unit cells 20 that are stacked. Is the fuel cell 1
So that the internal temperature of 0A is maintained in the desired temperature range,
What is necessary is just to set according to the cooling efficiency by cooling water, etc. In FIG. 6, every time ten unit cells 20 are stacked, the spacer 5
0 is to be provided.

【0050】導通部材28Aは、セパレータ30Aの外
周部に設けられている。この導通部材28Aは、既述し
た燃料電池10における導通部材28と同様に、導電性
を有する材料によって形成されているが、燃料電池10
における外周部材27と同様に、セパレータ30Aの外
周部がはめ込まれており、これによってセパレータ30
Aを保持している。また、スペーサ50が設けられる位
置に配設される導通部材28Aには、さらにスペーサ5
0の外周部がはめ込まれている。また、それぞれの導通
部材28Aは、燃料電池10が備える導通部材28と同
様に、その両端部において、隣接し合う単セル20の各
々が備えるガス拡散電極同士と接触している。すなわ
ち、セパレータ30Aを間に介して隣り合うガス拡散電
極同士、あるいは、スペーサ50を挟持する2枚のセパ
レータ30Aを間に介して隣り合うガス拡散電極同士
を、互いに接続して導通可能としている。
The conductive member 28A is provided on the outer periphery of the separator 30A. The conductive member 28A is formed of a conductive material similarly to the conductive member 28 in the fuel cell 10 described above.
As in the case of the outer peripheral member 27 in FIG.
A is held. The conductive member 28A provided at the position where the spacer 50 is provided further includes a spacer 5A.
0 is fitted in the outer periphery. Similarly to the conductive member 28 provided in the fuel cell 10, each conductive member 28A is in contact with the gas diffusion electrodes provided in each of the adjacent single cells 20 at both ends. That is, adjacent gas diffusion electrodes with the separator 30A interposed therebetween, or adjacent gas diffusion electrodes with the two separators 30A sandwiching the spacer 50 interposed therebetween, are connected to each other to be conductive.

【0051】また、燃料電池10Aでは、導通部材28
Aのさらに外側に、絶縁性の部材によって形成され、燃
料電池の外周部において絶縁性を確保する外周部材(図
示せず)が配設されている。上記冷却水供給マニホール
ド52および冷却水排出マニホールド53、さらに、既
述した実施例で説明した燃料ガス供給マニホールド4
0、燃料ガス排出マニホールド44、酸化ガス供給マニ
ホールド42、酸化ガス排出マニホールド46は、この
外周部材を貫通して設けられている。上記したように、
隣接する単セル20間では導通部材28Aによって導電
性が確保されるが、導通部材28Aの外周部に配設され
た外周部材によって、燃料電池10A内部で短絡が生じ
るのを防止している。なお、ガスマニホールドと各単セ
ル内ガス流路とを接続する流路や、冷却水マニホールド
と各冷却水路51Aとを接続する流路は、導通部材28
Aを貫通して設けられているが、これらの流路と導通部
材28Aとの間も充分に絶縁性が確保され、短絡が生じ
るのを防止している。
In the fuel cell 10A, the conductive member 28
An outer peripheral member (not shown) formed of an insulating member and securing insulation at the outer peripheral portion of the fuel cell is disposed further outside A. The cooling water supply manifold 52 and the cooling water discharge manifold 53, and the fuel gas supply manifold 4 described in the above-described embodiment.
The fuel gas discharge manifold 44, the oxidizing gas supply manifold 42, and the oxidizing gas discharge manifold 46 are provided through the outer peripheral member. As mentioned above,
Conductivity is ensured between the adjacent single cells 20 by the conductive member 28A, but a short circuit inside the fuel cell 10A is prevented by the outer peripheral member provided on the outer peripheral portion of the conductive member 28A. The flow path connecting the gas manifold to each single cell gas flow path and the flow path connecting the cooling water manifold to each cooling water path 51A are connected to the conductive member 28.
A is provided so as to penetrate through the flow path A, but sufficient insulation between these flow paths and the conductive member 28A is ensured to prevent a short circuit from occurring.

【0052】導通部材28Aを導電性セラミックなど固
形の部材によって形成する場合には、導通部材28Aと
セパレータ30Aとの接触面、あるいは、導通部材28
Aとスペーサ50との接触面に、所定の接着剤を塗布し
て充分なシール性を確保し、燃料ガスや酸化ガス、ある
いは冷却水の漏れを防ぐこととすればよい。また、導通
部材28Aとガス拡散電極とが接する領域のガスシール
性は、導通部材28Aのさらに外側に配設する既述した
外周部材において実現することとすればよいが、ガス拡
散電極と導通部材28Aとの間の接触抵抗をより小さく
するために、両者の間に導電性ペーストなどを塗布し
て、両者の間の接触面積を確保することとしてもよい。
When the conductive member 28A is formed of a solid member such as a conductive ceramic, the contact surface between the conductive member 28A and the separator 30A or the conductive member 28A
A predetermined adhesive may be applied to the contact surface between the spacer A and the spacer 50 to ensure sufficient sealing performance and prevent leakage of fuel gas, oxidizing gas, or cooling water. In addition, the gas sealing property in a region where the conductive member 28A and the gas diffusion electrode are in contact with each other may be realized by the above-described outer peripheral member disposed further outside the conductive member 28A. In order to further reduce the contact resistance with 28A, a conductive paste or the like may be applied between them to secure a contact area between them.

【0053】なお、図5に示した燃料電池10Aでは、
用いたセパレータはすべて同じ形状のセパレータ30A
として表わしたが、両側で単セル内ガス流路を形成する
セパレータと、一方の側では冷却水路51Aを形成する
セパレータとでは、表面に形成する凹凸構造の形状を異
ならせることとしてもよい。すなわち、単セル内ガス流
路を形成する側に設ける凹凸構造の形状は、単セル内ガ
ス流路内でのガスの拡散性がより高まるものとし、冷却
水路51Aを形成する側に設ける凹凸構造の形状は、例
えば内部を冷却水が通過する際の抵抗などを考慮して設
定すればよい。
In the fuel cell 10A shown in FIG.
All the used separators have the same shape as the separator 30A.
However, the shape of the concavo-convex structure formed on the surface may be different between the separator forming the gas passage in the single cell on both sides and the separator forming the cooling water passage 51A on one side. That is, the shape of the concavo-convex structure provided on the side where the gas flow path in the single cell is formed is such that the diffusivity of the gas in the gas flow path in the single cell is further enhanced, and the concavo-convex structure provided on the side where the cooling water passage 51A is formed. May be set in consideration of, for example, resistance when cooling water passes through the inside.

【0054】以上のように構成された燃料電池10Aの
ように、セパレータの他にスペーサが積層されている場
合にも、これらを間に挟んで隣り合うガス拡散電極同士
を接続する短絡部材を設けることによって、既述した実
施例の燃料電池10と同様に、燃料電池の内部抵抗の増
大を抑える効果を得ることができる。なお、燃料電池1
0Aでは、導通部材28Aには、セパレータ30Aやス
ペーサ50をはめ込むこととし、ガスや冷却水のシール
性を実現する構造をさらに設けることとしたが、所定の
接着性を有する材料によって導通部材28Aを形成し、
導通部材28Aによって導電性と共にシール性を実現す
ることとしてもよい。例えば、図1に示した燃料電池1
0と同様に、シール性を実現する接着剤の代わりに導電
性ペーストを用いることによって導通部材を形成するこ
ととしてもよい。
As in the fuel cell 10A constructed as described above, even when spacers are stacked in addition to the separator, a short-circuit member for connecting adjacent gas diffusion electrodes with these interposed therebetween is provided. Thus, the effect of suppressing an increase in the internal resistance of the fuel cell can be obtained, similarly to the fuel cell 10 of the above-described embodiment. The fuel cell 1
At 0A, the conductive member 28A is fitted with the separator 30A and the spacer 50, and a structure for realizing sealing properties of gas and cooling water is further provided. However, the conductive member 28A is formed of a material having a predetermined adhesiveness. Forming
The conductive member 28 </ b> A may realize the sealing property together with the conductivity. For example, the fuel cell 1 shown in FIG.
Similarly to the case of No. 0, the conductive member may be formed by using a conductive paste instead of the adhesive for realizing the sealing property.

【0055】上記燃料電池10Aでは、所定数の単セル
を積層するごとにスペーサ50を配設し、これによって
燃料電池10A内に冷却水路51Aを形成することとし
たが、このように燃料電池の内部において積層方向と垂
直な面上に冷却水の流路を設けることなく、セパレータ
を利用して燃料電池の冷却を行なうこともできる。この
ような冷却方法を、導通部材を備える燃料電池に適用し
た例を、第2実施例として以下に示す。
In the fuel cell 10A, the spacer 50 is provided every time a predetermined number of unit cells are stacked, thereby forming the cooling water passage 51A in the fuel cell 10A. The fuel cell can be cooled using the separator without providing a flow path of the cooling water on a plane perpendicular to the laminating direction inside. An example in which such a cooling method is applied to a fuel cell having a conducting member will be described below as a second embodiment.

【0056】図7は、第2実施例の燃料電池110の断
面の様子を模式的に表わす説明図である。図7に示す燃
料電池110は、図5に示した燃料電池10Aと類似す
る構造を有しており、共通する部材には同じ番号を付し
た。燃料電池110は、燃料電池10Aと同様に、電解
質膜21とこれを両側から挟持するアノード22および
カソード23とを備える単セル20を積層してなり、セ
パレータを介して隣り合うガス拡散電極同士を接続する
導通部材28Aを備えている。さらに、燃料電池110
は、既述した実施例の燃料電池と同様に、表面に所定の
凹凸構造を有し、この凹凸構造によって単セル内ガス流
路を形成するセパレータ130を備えている。本実施例
の燃料電池110は、上記したように導通部材28Aを
備えると共に、この燃料電池110が備えるセパレータ
130において、その先端の一部が、スタック構造の外
周部に形成される冷却水の流路内に突出していることを
特徴としている。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a cross section of the fuel cell 110 of the second embodiment. The fuel cell 110 shown in FIG. 7 has a structure similar to that of the fuel cell 10A shown in FIG. 5, and common members are denoted by the same reference numerals. Similar to the fuel cell 10A, the fuel cell 110 is formed by stacking single cells 20 each having an electrolyte membrane 21 and an anode 22 and a cathode 23 sandwiching the electrolyte membrane 21 from both sides. A conductive member 28A for connection is provided. Further, the fuel cell 110
As in the fuel cell of the above-described embodiment, the fuel cell includes a separator 130 having a predetermined uneven structure on the surface and forming a gas passage in a single cell by the uneven structure. The fuel cell 110 of the present embodiment includes the conductive member 28A as described above, and a part of the tip of the separator 130 provided in the fuel cell 110 has a flow of cooling water formed on the outer peripheral portion of the stack structure. It is characterized by protruding into the road.

【0057】燃料電池110では、既述した燃料電池1
0Aと同様に、導通部材28Aのさらに外側に絶縁性の
外周部材127が設けられているが、この外周部材12
7内には、スタック構造の積層方向に平行に形成され、
内部を冷却水が通過する冷却水マニホールド152が設
けられている。燃料電池110は、図4に示した第1実
施例の燃料電池10と同様のスタック構造を有している
が、このようなスタック構造の一端に接続された所定の
冷却水供給装置から供給された冷却水は、冷却水マニホ
ールド152に導かれて、この冷却水マニホールド15
2内を、スタック構造の他端側に向かって、その積層方
向に平行に流れる。その間冷却水は、各セパレータ13
0から冷却水マニホールド152中に突出する構造との
間で熱交換を行なう。
In the fuel cell 110, the fuel cell 1 described above is used.
Similarly to the case of FIG. 0A, an insulating outer peripheral member 127 is provided further outside the conductive member 28A.
7 is formed in parallel with the stacking direction of the stack structure,
A cooling water manifold 152 through which cooling water passes is provided. The fuel cell 110 has the same stack structure as the fuel cell 10 of the first embodiment shown in FIG. 4, but is supplied from a predetermined cooling water supply device connected to one end of such a stack structure. The cooled water is led to a cooling water manifold 152, and the cooling water manifold
2 flows parallel to the stacking direction toward the other end of the stack structure. Meanwhile, the cooling water is supplied to each separator 13.
Heat exchange is performed with the structure protruding into the cooling water manifold 152 from zero.

【0058】セパレータ130の外周の一部は、細長く
延出した形状となって冷却フィン135を形成してお
り、この冷却フィン135は、上記したように冷却水マ
ニホールド152内に突出して、冷却水マニホールド1
52内を通過する冷却水と冷却フィン135との間で熱
交換可能となっている。セパレータ130は、既述した
実施例の燃料電池が備えるセパレータと同様に金属材料
によって形成され、優れた熱伝導性を備えているため、
燃料電池内部において電気化学反応に伴って生じた熱
は、セパレータ130内から冷却フィン135に伝えら
れ、冷却水を介して外部に排出される。
A part of the outer periphery of the separator 130 has an elongated shape to form a cooling fin 135. The cooling fin 135 projects into the cooling water manifold 152 as described above, and Manifold 1
The heat can be exchanged between the cooling water passing through the inside of the cooling fin 52 and the cooling fin 135. The separator 130 is formed of a metal material similarly to the separator included in the fuel cell of the above-described embodiment, and has excellent thermal conductivity.
The heat generated by the electrochemical reaction inside the fuel cell is transmitted from inside the separator 130 to the cooling fins 135, and is discharged to the outside via the cooling water.

【0059】ここで、冷却フィン135の形状は、冷却
水マニホールド152内を通過する冷却水との間で充分
な効率で熱交換可能となる接触面積を有していればよ
い。また、冷却フィン135を設けることによって、冷
却水マニホールド152内を通過する冷却水の流がある
程度妨げられるが、これが許容範囲となる形状とすれば
よい。このような冷却フィン135を設けることによ
り、燃料電池110の内部を効果的に冷却することがで
きる。さらに、冷却フィン135は、充分な熱伝導性を
有すると共にセパレータ130とは別体で用意した部材
によって形成した後に、セパレータ130と充分に熱交
換可能となるように、セパレータ130に組み付けて一
体としてもよい。板状部材であるセパレータ130とは
別部材で冷却フィン135を形成し、後で一体に組み付
けることとすれば、冷却フィン135の形状の自由度が
向上する。
Here, the shape of the cooling fins 135 only needs to have a contact area that allows heat exchange with the cooling water passing through the cooling water manifold 152 with sufficient efficiency. Further, by providing the cooling fins 135, the flow of the cooling water passing through the inside of the cooling water manifold 152 is obstructed to some extent. By providing such cooling fins 135, the inside of the fuel cell 110 can be effectively cooled. Further, the cooling fins 135 have sufficient thermal conductivity and are formed by a member prepared separately from the separator 130, and then assembled to the separator 130 so as to be able to exchange heat sufficiently with the separator 130 to form an integral unit. Is also good. If the cooling fins 135 are formed of a member different from the plate-shaped separator 130 and then assembled later, the degree of freedom of the shape of the cooling fins 135 is improved.

【0060】上記のような冷却フィン135を設けたセ
パレータ130を備える燃料電池110において、その
内部温度を所望の温度範囲に保つには、例えば、燃料電
池110の内部に温度センサを設けたり燃料電池110
から排出される冷却水温度を測定するなどして燃料電池
110の内部温度を測定し、その結果に応じて、燃料電
池110に供給する冷却水の流量を制御すればよい。
In the fuel cell 110 including the separator 130 provided with the cooling fins 135 as described above, in order to keep the internal temperature within a desired temperature range, for example, a temperature sensor may be provided inside the fuel cell 110 or the fuel cell 110 may be provided. 110
The internal temperature of the fuel cell 110 may be measured by measuring the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 110, and the flow rate of the cooling water supplied to the fuel cell 110 may be controlled according to the result.

【0061】なお、燃料電池110が備える導通部材2
8Aは、既述した実施例と同様に、セパレータを介して
隣り合うガス拡散電極間の導電性を確保できればよく、
種々の材料を選択することができる。また、隣接する単
セル間で充分な導電性を確保できるならば、導通部材2
8Aを設ける範囲は任意に設定できる。ここで、導通部
材28Aを充分な接着性を有する材料によって形成する
ならば、導通部材28Aとセパレータ130との間に、
ガスシール性を確保するための構造をさらに設ける必要
がない。このような場合には、冷却フィン135が設け
られている領域の近傍を含めて、セパレータ130の外
縁部全体に導通部材28を配設することで、シール性を
確保するための接着剤を不要にできる。
The conducting member 2 provided in the fuel cell 110
8A is sufficient as long as conductivity between adjacent gas diffusion electrodes can be ensured via a separator, similarly to the above-described embodiment.
Various materials can be selected. If sufficient conductivity can be secured between adjacent single cells, the conductive member 2
The range in which 8A is provided can be set arbitrarily. Here, if the conductive member 28A is formed of a material having a sufficient adhesiveness, the conductive member 28A is disposed between the conductive member 28A and the separator 130.
There is no need to further provide a structure for ensuring gas sealability. In such a case, the conductive member 28 is provided on the entire outer edge portion of the separator 130 including the vicinity of the region where the cooling fins 135 are provided, so that an adhesive for ensuring the sealing property is not required. Can be.

【0062】以上のように構成された第2実施例の燃料
電池110によれば、導通部材28Aを設けることによ
る既述した効果に加えて、さらに、以下のような効果を
奏する。すなわち、冷却水マニホールド152内を通過
する冷却水とセパレータ130との間で熱交換を行なう
ため、電気化学反応に伴って生じセパレータ130に伝
えられた過剰の熱は、冷却水マニホールド152内を通
過する冷却水を介して排出され、これによって、燃料電
池の積層面に平行な方向に設ける冷却水の流路(既述し
た燃料電池10Aが備える冷却水路51Aに対応)を削
減、あるいは不要とすることができる。このように、燃
料電池の積層面に平行な方向に設ける冷却水の流路を削
減、あるいは不要とできることによって、このような流
路を設けるために配設する既述したスペーサを削減、あ
るいは不要とすることができる。したがって、燃料電池
を製造するための部品点数を削減し、燃料電池全体を小
型化することが可能となる。冷却水マニホールド152
内を通過する冷却水とセパレータ130との間で熱交換
を行なわせることによって、燃料電池110内を充分に
冷却可能となり、燃料電池の積層面に平行な方向に設け
られる冷却水の流路が不要となる場合には、冷却水の流
路としては、積層方向に沿った流路を設けるだけでよい
ため、冷却水の流路の構成を簡素化することができる。
さらに、各単セルの周辺部において、冷却水の漏れを防
ぐためのシール構造が不要となるため、燃料電池全体の
構成を簡素化することができる。
According to the fuel cell 110 of the second embodiment configured as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects already described by providing the conductive member 28A. That is, since heat exchange is performed between the cooling water passing through the cooling water manifold 152 and the separator 130, excess heat generated by the electrochemical reaction and transmitted to the separator 130 passes through the cooling water manifold 152. The cooling water is discharged through the cooling water to be cooled, thereby reducing or eliminating the cooling water flow path (corresponding to the cooling water passage 51A provided in the fuel cell 10A described above) provided in the direction parallel to the stacking surface of the fuel cell. be able to. As described above, since the cooling water flow path provided in the direction parallel to the stacking surface of the fuel cell can be reduced or unnecessary, the above-described spacer provided for providing such a flow path can be reduced or eliminated. It can be. Therefore, the number of parts for manufacturing the fuel cell can be reduced, and the entire fuel cell can be downsized. Cooling water manifold 152
By performing heat exchange between the cooling water passing through the inside and the separator 130, the inside of the fuel cell 110 can be sufficiently cooled, and the flow path of the cooling water provided in a direction parallel to the stacking surface of the fuel cell is reduced. When the cooling water is not required, it is only necessary to provide a flow path in the stacking direction as the cooling water flow path, so that the configuration of the cooling water flow path can be simplified.
Further, a seal structure for preventing leakage of cooling water is not required in the peripheral portion of each unit cell, so that the configuration of the entire fuel cell can be simplified.

【0063】第2実施例の燃料電池110のように導通
部材28Aを設け、隣接する単セル間の導電性をこの導
通部材28Aによって充分に確保できるならば、第1実
施例で説明したように、絶縁性を有しない材料によって
セパレータ130を被覆することとしてもよい。セパレ
ータの伝熱を利用して燃料電池内部を冷却する場合に
は、アルミニウム、銅など熱伝導率が高い材料によって
セパレータを構成することが望ましいが、このような熱
伝導率が高い金属の中には、燃料電池の運転条件下で充
分な耐食性を持たないものもある。セパレータの伝熱を
利用して燃料電池の冷却を行なう場合に、導通部材28
Aによって導電性が充分に確保されれば、導電性は有し
ていないが耐食性に優れた樹脂などの材料によってセパ
レータを被覆して耐食性を実現することができるため、
セパレータを形成する材料選択の自由度を確保すること
ができる。
If the conducting member 28A is provided as in the fuel cell 110 of the second embodiment, and if the conductivity between the adjacent single cells can be sufficiently ensured by the conducting member 28A, as described in the first embodiment. Alternatively, the separator 130 may be covered with a non-insulating material. When cooling the inside of the fuel cell using the heat transfer of the separator, it is desirable to configure the separator with a material having high thermal conductivity such as aluminum and copper. Some do not have sufficient corrosion resistance under the operating conditions of the fuel cell. When cooling the fuel cell using the heat transfer of the separator, the conductive member 28
If the conductivity is sufficiently ensured by A, the separator can be covered with a material such as a resin that does not have conductivity but has excellent corrosion resistance so that corrosion resistance can be realized.
The degree of freedom in selecting the material for forming the separator can be ensured.

【0064】さらに、セパレータ表面を導電性を有しな
い材料で被覆するならば、セパレータの伝熱を利用して
燃料電池の冷却を行なう場合にも、冷却水として利用可
能な流体の選択の自由度を増すことができる。既述した
冷却水マニホールド152内を通過させる冷却水として
は、文字通り水を用いる他に、種々の冷却媒体(流体)
を用いることが考えられる。例えば、水よりも熱交換効
率が高い流体を用いれば、より冷却効率を向上させるこ
とができる。さらに、通常のガソリンエンジンでエンジ
ン冷却液として用いられる液のように、流路を構成する
部材の防錆性を向上させる成分を添加した液を用いるこ
とも有用であるが、このような流体が導電性を有すると
きに、セパレータとの間が充分に絶縁されていなけれ
ば、上記流体を介して短絡が生じるおそれがある。セパ
レータ表面を導電性を有しない材料で被覆することによ
って、冷却に用いる流体の種類に関わらず、短絡が生じ
るのを防止することができる。
Further, if the surface of the separator is coated with a material having no conductivity, the degree of freedom in selecting a fluid usable as cooling water also in the case of cooling the fuel cell utilizing the heat transfer of the separator. Can be increased. As the cooling water to be passed through the cooling water manifold 152 described above, in addition to literally using water, various cooling media (fluids)
It is conceivable to use. For example, if a fluid having a higher heat exchange efficiency than water is used, the cooling efficiency can be further improved. Further, it is also useful to use a liquid to which a component for improving the rust-preventing property of a member constituting a flow path is added, such as a liquid used as an engine coolant in a normal gasoline engine. When the separator has conductivity, if it is not sufficiently insulated from the separator, a short circuit may occur through the fluid. By coating the surface of the separator with a material having no conductivity, short-circuiting can be prevented regardless of the type of fluid used for cooling.

【0065】なお、このように短絡を防ぐためには、セ
パレータ130全体を被覆する必要はなく、短絡を防止
するために必要な領域が被覆されていればよい。図8お
よび図9は、冷却に用いる流体が導電性を有する場合
に、短絡が生じるのを防ぐためにセパレータ130にお
いて被覆を行なうべき領域の例を表わす模式図である。
図8に示すように、セパレータ130上において、冷却
に用いる流体と接触する領域に被覆層160を設けるこ
ととすれば、冷却に用いる流体を介して短絡が生じるこ
とがない。また、図9に示すように、セパレータ130
上において、スタック構造を共に形成する隣接部材(ガ
ス拡散電極および導通部材28A)と接触する領域に被
覆層160を設けることとしてもよい。
In order to prevent such a short circuit, it is not necessary to cover the entire separator 130, but it is only necessary to cover an area necessary for preventing the short circuit. FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams illustrating examples of regions to be coated on the separator 130 in order to prevent a short circuit from occurring when the fluid used for cooling has conductivity.
As shown in FIG. 8, if the coating layer 160 is provided on the separator 130 in a region in contact with the fluid used for cooling, a short circuit does not occur through the fluid used for cooling. Further, as shown in FIG.
Above, the coating layer 160 may be provided in a region that is in contact with an adjacent member (the gas diffusion electrode and the conductive member 28A) that forms the stack structure.

【0066】上記した説明では、セパレータ130の表
面を導電性を有しない材料によって被覆することとした
が、セパレータ130そのものを、導電性を有しない材
料で形成することとしてもよい。このような場合にも、
導通部材28Aを設けることで単セル間の導電性を充分
に確保することが可能となり、充分な熱伝導性を有する
材料によってセパレータ130を構成することで、セパ
レータの伝熱を利用して燃料電池内部を冷却することが
できる。セパレータ130全体を導電性を有しない材料
で形成する場合にも、導電性を有する流体を用いて冷却
を行なっても短絡が生じないという効果を得ることがで
きる。
In the above description, the surface of the separator 130 is coated with a non-conductive material. However, the separator 130 itself may be formed of a non-conductive material. In such a case,
By providing the conductive member 28A, it is possible to sufficiently secure conductivity between the single cells, and by configuring the separator 130 with a material having sufficient thermal conductivity, the heat transfer of the separator is utilized. The inside can be cooled. Even in the case where the entire separator 130 is formed of a material having no conductivity, an effect that a short circuit does not occur even when cooling is performed using a fluid having conductivity can be obtained.

【0067】なお、図7に示した第2実施例の燃料電池
110では、冷却水マニホールド152は1本しか記載
されていないが、このような冷却水マニホールドを複数
設けることとし、各セパレータ130には、それぞれの
冷却水マニホールド内の冷却水と熱交換可能となるよう
に所定数の冷却フィンを備えさせることとしてもよい。
このような構成とすれば、冷却効率をさらに向上させる
ことができると共に、各単セル20内において、冷却状
態に不均一が生じるのを抑えることができる。
Although only one cooling water manifold 152 is described in the fuel cell 110 of the second embodiment shown in FIG. 7, a plurality of such cooling water manifolds are provided, and May be provided with a predetermined number of cooling fins so that they can exchange heat with the cooling water in each cooling water manifold.
With such a configuration, the cooling efficiency can be further improved, and the occurrence of uneven cooling in each unit cell 20 can be suppressed.

【0068】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

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

【図1】燃料電池10の断面の様子を模式的に表わす説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a cross section of a fuel cell 10. FIG.

【図2】セパレータ30の構成を表わす平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration of a separator 30.

【図3】燃料電池10内に設けられた燃料ガスおよび酸
化ガスの流路の様子を模式的に表わす説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a state of a flow path of a fuel gas and an oxidizing gas provided in a fuel cell 10;

【図4】燃料電池10を構成するスタック構造の外観を
表わす説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an appearance of a stack structure constituting the fuel cell 10.

【図5】燃料電池10Aの断面の様子を表わす説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of a cross section of a fuel cell 10A.

【図6】燃料電池10A内における冷却水の流路の様子
を模式的に表わす説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing a state of a flow path of a cooling water in a fuel cell 10A.

【図7】第2実施例の燃料電池110の断面の様子を模
式的に表わす説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing a cross section of a fuel cell 110 according to a second embodiment.

【図8】セパレータ130において被覆を行なうべき領
域を表わす模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a region to be coated on a separator 130.

【図9】セパレータ130において被覆を行なうべき領
域を表わす模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a region to be coated on a separator 130.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A…燃料電池 20…単セル 21…電解質膜 22…アノード 23…カソード 24…外縁部 24P…単セル内燃料ガス流路 25P…単セル内酸化ガス流路 26…触媒層 27…外周部材 28,28A…導通部材 30,30A…セパレータ 32…流路形成部 34…外縁部 36,37…集電板 36A,37A…端子 38,39…絶縁板 40…燃料ガス供給マニホールド 41…燃料ガス供給分岐路 42…酸化ガス供給マニホールド 43…酸化ガス供給分岐路 44…燃料ガス排出マニホールド 45…燃料ガス排出分岐路 46…酸化ガス排出マニホールド 47…酸化ガス排出分岐路 48,49…エンドプレート 50…スペーサ 51A…冷却水路 52…冷却水供給マニホールド 53…冷却水排出マニホールド 110…燃料電池 127…外周部材 130…セパレータ 135…冷却フィン 152…冷却水マニホールド 160…被覆層 10, 10A: Fuel cell 20: Single cell 21: Electrolyte membrane 22: Anode 23: Cathode 24: Outer edge 24P: Fuel gas channel in a single cell 25P: Oxidized gas channel in a single cell 26: Catalyst layer 27: Peripheral member 28, 28A Conductive member 30, 30A Separator 32 Flow path forming part 34 Outer edge part 36, 37 Current collector plate 36A, 37A Terminal 38, 39 Insulating plate 40 Fuel gas supply manifold 41 Fuel gas supply Fork 42 ... Oxidizing gas supply manifold 43 ... Oxidizing gas supply branch 44 ... Fuel gas discharge manifold 45 ... Fuel gas discharge branch 46 ... Oxidizing gas discharge manifold 47 ... Oxidizing gas discharge branch 48,49 ... End plate 50 ... Spacer 51A: cooling water channel 52: cooling water supply manifold 53: cooling water discharge manifold 110: fuel cell 1 27 ... outer peripheral member 130 ... separator 135 ... cooling fin 152 ... cooling water manifold 160 ... coating layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質層と、該電解質層を挟んで対向し
て設けられた一対の電極とを備える単セルを複数積層し
てなり、各単セルにガスの供給を受けて該ガスを利用し
た電気化学反応により起電力を得る燃料電池であって、 導電性を有する材料によって形成されると共に、隣り合
う2つの単セル間に配設され、その隣り合う2つの単セ
ルの各々に属して互いに隣り合う2つの電極間を接続す
る導通手段と、 前記隣り合う2つの単セル間に配設され、該2つの単セ
ルの各々が備える前記電極との間で前記ガスが通過する
ガス流路をその表面に形成すると共に、前記導通手段と
は別体で形成されるセパレータと、 を備える燃料電池。
1. A single cell comprising an electrolyte layer and a pair of electrodes provided to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and a gas is supplied to each of the single cells to utilize the gas. A fuel cell for obtaining an electromotive force by an electrochemical reaction, comprising a material having conductivity, disposed between two adjacent single cells, and belonging to each of the two adjacent single cells. A conductive means for connecting between two adjacent electrodes; a gas flow path disposed between the two adjacent single cells and passing the gas between the electrodes provided in each of the two single cells. And a separator formed on the surface thereof and separately from the conducting means.
【請求項2】 前記導通手段は、前記セパレータと前記
電極との間で前記ガス流路が形成される領域の外周部に
配設されて、前記ガスが、前記ガス流路から外部に漏れ
出すのを防止するシール部材として働くことを特徴とす
る請求項1記載の燃料電池。
2. The method according to claim 1, wherein the conduction unit is disposed on an outer peripheral portion of a region where the gas flow path is formed between the separator and the electrode, and the gas leaks out of the gas flow path to the outside. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell functions as a seal member for preventing the occurrence of the fuel cell.
【請求項3】 請求項1記載の燃料電池であって、 前記ガス流路が形成される領域および前記電気化学反応
に関わる領域の外部に配設され、所定の冷却媒体が内部
を通過する冷却媒体流路をさらに備え、 前記セパレータは、前記冷却媒体流路内に突出し、該冷
却媒体流路内を通過する前記冷却媒体との間で熱交換可
能な熱交換部を備える燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the cooling medium is provided outside a region where the gas flow path is formed and a region related to the electrochemical reaction, and a predetermined cooling medium passes through the inside. A fuel cell further comprising a medium flow path, wherein the separator protrudes into the cooling medium flow path and includes a heat exchange unit capable of exchanging heat with the cooling medium passing through the cooling medium flow path.
【請求項4】 前記セパレータは、絶縁性材料によって
形成される請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is formed of an insulating material.
【請求項5】 請求項3記載の燃料電池であって、 前記セパレータは、前記燃料電池が備える他のセパレー
タとの間で、前記冷却媒体流路内を通過する前記冷却媒
体を介して短絡を生じないように、その表面の少なくと
も一部が絶縁性材料によって被覆されることを特徴とす
る燃料電池。
5. The fuel cell according to claim 3, wherein the separator is short-circuited with another separator provided in the fuel cell via the cooling medium passing through the cooling medium flow path. A fuel cell, characterized in that at least a part of its surface is coated with an insulating material so as not to occur.
【請求項6】 前記セパレータは、熱伝導性に優れた材
料によって形成される請求項3ないし5いずれか記載の
燃料電池。
6. The fuel cell according to claim 3, wherein the separator is formed of a material having excellent thermal conductivity.
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