JP2002151109A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

Info

Publication number
JP2002151109A
JP2002151109A JP2000343434A JP2000343434A JP2002151109A JP 2002151109 A JP2002151109 A JP 2002151109A JP 2000343434 A JP2000343434 A JP 2000343434A JP 2000343434 A JP2000343434 A JP 2000343434A JP 2002151109 A JP2002151109 A JP 2002151109A
Authority
JP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
fuel cell
member
swelling
sealing
separator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000343434A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3752994B2 (en )
Inventor
Toshihiro Takegawa
寿弘 竹川
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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 or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/52Fuel cells characterised by type or design
    • Y02E60/521Proton Exchange Membrane Fuel Cells [PEMFC]

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce troublesome maintenance such as re-tightening the fastening bolts by which the whole fuel cell is fixed, and at the same time ensure sealing.
SOLUTION: A joint body formed by arranging a pair of electrodes 3, 5 on both sides of a solid electrolyte membrane 1 is interposed between a pair of separators 7, 9 having gas passages 11, 13 through which humidified fuel gas and oxidizing gas are supplied, and sealing materials 19, 21 are arranged between other peripheral side ends of a pair of separators 7, 9. Swelling members 27, 29 swelling by absorbing moisture, and contact pressure transmission members 31, 33 increasing seal contact pressure by pressing the sealing materials 19, 21 by the swelling of the swelling members 27, 29 are installed in recesses 23, 25 formed in the surfaces facing the sealing materials 19, 21 of the separators 7, 9. The recesses 23, 25 in which the swelling members 27, 29 are house are communicated with the gas passages 11, 13 with internal communication passages 43, 45.
COPYRIGHT: (C)2002,JPO

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】この発明は、電解質膜の両側に一対の電極を配置した接合体を、燃料ガスおよび酸化性ガスがそれぞれ供給されるガス流路を備えた一対のセパレータで挟持固定するとともに、この一対のセパレータの外周縁部相互間にシール材を配置した燃料電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention is a conjugate of arranging the pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane, fuel gas and oxidizing gas sandwiching fixed by a pair of separators having a gas flow path to be supplied with a fuel cell in which a sealing member disposed between the outer peripheral edge portion cross of the pair of separators.

【0002】 [0002]

【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気など酸化性ガスを電気化学的に反応させて起電力を得る装置であり、電解質膜の両側に二つの電極、すなわちカソード電極とアノード電極が配置されて、MEAと呼ばれる電極電解質膜接合体を構成している。 A fuel cell is a fuel gas and an oxidizing gas such as air, such as hydrogen electrochemical reaction is an apparatus for obtaining an electromotive force, the two electrodes on opposite sides of the electrolyte membrane, namely a cathode electrode and an anode electrodes are arranged to constitute the electrode membrane assemblies called MEA. 一般には、このMEAを構成するセルが多数積層されて燃料電池スタックを構成する。 Generally, cells constituting the MEA constitutes multiple stacked in the fuel cell stack.

【0003】上記した各電極の外側には、多数積層された電極電解質膜接合体相互を、機械的に接合するとともに、隣接する電極電解質膜接合体相互を電気的に接続するセパレータが配置され、セパレータと電極との間の部分には電極面に反応ガスを供給するガス流路が形成されている。 [0003] the outside of the electrodes described above are numerous stacked electrode membrane assemblies each other, as well as mechanically bonding, a separator for electrically connecting the adjacent electrode membrane assemblies each other are arranged, gas flow path for supplying a reactant gas to the electrode surface is formed at a portion between the separator and the electrode.

【0004】燃料電池の中でも特に高い出力密度を有する固体高分子膜型燃料電池は、自動車などの移動体用電源として注目されており、電解質としてプロトン伝導性のある固体高分子電解質膜を用いる点に特徴を有している。 [0004] solid polymer membrane-type fuel cell having a particularly high power density among the fuel cell is attracting attention as a moving body power source such as a car, that it uses a solid polymer electrolyte membrane with proton conductivity as an electrolyte It has a feature to. この固体高分子電解質膜は、そのプロトン伝導によって生じる電気化学反応とともに、アノード側の燃料ガスと、カソード側の酸化性ガスとの混合を防ぐ隔離膜としての役割も果たしている。 The solid polymer electrolyte membrane, with the electrochemical reaction caused by the proton conductivity, a fuel gas on the anode side, also serves as a separator for preventing mixing of the cathode side of the oxidizing gas.

【0005】そして従来では、上記した燃料ガスと酸化性ガスとの混合、あるいは燃料ガス、酸化性ガスの電池外へのリークを各電極の外周部で防ぐために、各セパレータの外周縁部相互間に、シール材としてOリング(特開平6−119930号公報参照)やガスケット(特開平7−226220号公報、特開2000−15623 [0007] Conventionally, in order to prevent mixing of the oxidizing gas and fuel gas as described above, or the fuel gas, the leak of the battery outside of the oxidizing gas at the outer periphery of each electrode, inter outer periphery mutual separators to, O-ring (see JP-a-6-119930) and a gasket (JP-7-226220 discloses a sealing material, JP 2000-15623
4号公報参照)を配置するようにしている。 No. 4 is to arrange the publication reference).

【0006】 [0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池においては、長期間使用することで、電解質膜が吸水により体積変化したり、加湿冷却の繰り返しにより各構成要素部品間の熱収縮の歪が顕著になるとともに、シール材の劣化も発生する。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, in the fuel cell, by long-term use, or volume change electrolyte membrane by water absorption, remarkable distortion of the thermal contraction between the component parts by repeated fogging together it becomes also occurs deterioration of the sealing member. さらに、燃料電池を自動車に使用する場合には、振動、偏荷重、熱履歴によってシール劣化や歪、たわみが発生し、結果としてシール性が損なわれ、燃料ガスと酸化性ガスの漏洩による両ガスの混合などから燃料電池の起電力が充分得られなくなるという問題がある。 Furthermore, when using the fuel cell in a vehicle, the vibration, unbalanced load, seal deterioration or distortion by the heat history, the deflection occurs, the sealing is impaired as a result, both the gas and the fuel gas due to the leakage of the oxidizing gas mixing the electromotive force of the fuel cell or the like is a problem that sufficient resulting not the.

【0007】また、シール性が悪化すると、燃料電池内で燃料ガスと酸化性ガスとの電気化学反応により生じる副生水や冷却水の漏洩も発生し、燃料電池設置箇所や周辺機器の老朽化を早めるといった問題も副次的に発生する。 Moreover, the sealing property is deteriorated, product water and the cooling water leakage caused by an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas in the fuel cell also occurs, aging of the fuel cell installation site and peripherals problems such as hasten also secondarily occur.

【0008】上記した問題に対処法するためには、燃料電池スタック全体を固定している締結ボルトの増し締め作業などが適宜必要となり、燃料電池のメンテナンス作業が煩雑なものとなる。 In order to remedy the problems described above, such as tightening work of the fastening bolt that secures the entire fuel cell stack is required appropriate, maintenance of the fuel cell becomes complicated.

【0009】そこで、この発明は、燃料電池に対する煩雑なメンテナンス作業を削減しつつ、シール性を確保することを目的としている。 [0009] Therefore, the present invention while reducing the cumbersome maintenance work for the fuel cell, is intended to ensure the sealing property.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、請求項1の発明は、電解質膜の両側に一対の電極を配置した接合体を、燃料ガスおよび酸化性ガスがそれぞれ供給されるガス流路を備えた一対のセパレータで挟持固定するとともに、この一対のセパレータの外周縁部相互間にシール材を配置した燃料電池において、前記シール材とセパレータとの間に、水分を吸収して膨潤する膨潤部材と、この膨潤部材の膨潤によって前記シール材を押圧する面圧伝達部材とを設けた構成としてある。 In order to achieve the above object, according to the Invention The invention of Claim 1, the assembly was placed a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane, the fuel gas and the oxidizing gas are respectively supplied a pair of separators having a gas channel with sandwiching fixed, in a fuel cell in which a sealing member disposed between the outer peripheral edge portion cross of the pair of separators, between the sealing member and the separator, and absorb moisture swelling member that swells, there a structure in which a pressing surfaces pressure transmitting member said sealing member by swelling of the swelling member.

【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明の構成において、セパレータと面圧伝達部材との間に形成した空間に、膨潤部材を収容した構成としてある。 [0011] The second aspect of the present invention, in the configuration of the invention of claim 1, the space formed between the separator and the surface pressure transmitting member, it is constituted that houses the swelling member.

【0012】請求項3の発明は、請求項2の発明の構成において、空間とガス流路とを連通する内部連通路を設けた構成としてある。 [0012] The invention of claim 3, in the configuration of the invention of claim 2, there is a structure in which an internal communication path that communicates the space and the gas flow path.

【0013】請求項4の発明は、請求項2または3の発明の構成において、空間と燃料電池の外部とを連通する外部連通路を設けた構成としてある。 [0013] A fourth aspect of the present invention, in the configuration of the invention of claim 2 or 3, is a structure in which an external communication passage that communicates with the outside space and the fuel cell.

【0014】請求項5の発明は、請求項2ないし4のいずれかの発明の構成において、空間は、セパレータのシール材に対向する面に形成した凹部で構成してある。 [0014] A fifth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the claims 2 to 4, space, are composed of a concave portion formed on a surface facing the sealing material of the separator.

【0015】請求項6の発明は、請求項2ないし2のいずれかの発明の構成において、面圧伝達部材とセパレータとの間に、シール材とセパレータとの間のシール界面に連通するシール面連通路を設けた構成としてある。 [0015] A sixth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the claims 2 to 2, between the surface pressure transmitting member and the separator, the sealing surface which communicates with the sealing interface between the seal member and the separator there a structure in which a communication path.

【0016】 [0016]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、シール材とセパレータとの間に設けた膨潤部材が、水分を吸湿して膨潤することで、面圧伝達部材がシール材に押圧されるので、電解質膜の両側に一対の電極を配置した接合体を挟持固定している一対のセパレータとシール材との間のシール面圧が高まり、シール面圧に対する煩雑なメンテナンス作業を行うことなく、シール性劣化に対処することができる。 Effects of the Invention According to the present invention, the swelling member provided between the sealing member and the separator, by swelling by moisture absorption of moisture, since the surface pressure transmitting member is pressed against the sealing member It increases the sealing surface pressure between the pair of separators and a seal member that the conjugate was placed a pair of electrodes on opposite sides of an electrolyte membrane sandwiched fixed, without performing complicated maintenance work relative to the seal surface pressure, the seal it is possible to deal with the sexual degradation.

【0017】請求項2の発明によれば、膨潤部材が空間内に収容されているので、膨潤部材の膨潤に伴う面圧伝達部材によるシール材への押圧動作が確実になされる。 According to the invention of claim 2, the swelling member because it is accommodated in the space, the pressing operation to the sealing material by a surface pressure transmitting member due to the swelling of the swelling member is made reliably.

【0018】請求項3の発明によれば、ガス流路を流れるガスに含まれる水分を、内部連通路を通して膨潤部材に容易に導入することができる。 According to the invention of claim 3, the moisture contained in the gas flowing through the gas flow path can be easily introduced into the swollen member through an internal communication path.

【0019】請求項4の発明によれば、ガス流路を流れるガスや、電極にて反応によって生成された副生水が、 According to the invention of claim 4, or a gas flowing in the gas passage, the product water produced by the reaction at the electrode,
シール部から燃料電池の外部に漏れたり、燃料電池の冷却のための冷却水が燃料電池の外部に漏れると、この漏れ分が外部連通路を通って空間内の膨潤部材に導入されるので、この膨潤部材の膨潤に伴う面圧伝達部材のシール材への押圧動作により、一対のセパレータとシール材との間のシール面圧が高まり、シール面圧に対する煩雑なメンテナンス作業を行うことなく、シール性劣化に対処することができるとともに、漏洩した水分が燃料電池内に取り込まれることから燃料電池設置個所や周辺機器の老朽化を抑制することができる。 May leak out of the fuel cell from the sealing portion, the cooling water for cooling the fuel cell from leaking to the outside of the fuel cell, since the leakage amount is introduced into the swelling member in the space through an external communication path, the pressing action to the seal member surface pressure transmitting member due to swelling of the swelling member increases the sealing surface pressure between the pair of separators and the sealing material, without performing complicated maintenance work relative to the seal surface pressure, the seal it is possible to cope with sexual degradation, it is possible to suppress the aging of the fuel cell installation location and peripheral devices from the moisture leaking is taken into the fuel cell.

【0020】請求項5の発明によれば、セパレータに形成した凹部内に収容されている膨潤部材が、水分を吸湿して膨潤することで、面圧伝達部材がシール材に押圧されるので、電解質膜の両側に一対の電極を配置した接合体を挟持固定している一対のセパレータとシール材との間の面圧が高まり、シール面圧に対する煩雑なメンテナンス作業を行うことなく、シール性劣化に対処することができる。 According to the invention of claim 5, the swelling member accommodated in the recess formed in the separator, by swelling by moisture absorption of moisture, since the surface pressure transmitting member is pressed against the sealing member, increased surface pressure between the pair of separators and a seal member that the conjugate was placed a pair of electrodes on opposite sides of an electrolyte membrane sandwiched fixed, without performing complicated maintenance work relative to the seal surface pressure, the sealing properties deteriorate it is possible to deal with.

【0021】請求項6の発明によれば、シール材とセパレータとの間のシール界面から漏れたガス中の水分が、 According to the invention of claim 6, the moisture in the gas that has leaked from the seal interface between the sealing member and the separator,
シール面連通路を通って膨潤部材に導入されるので、この膨潤部材の膨潤に伴う面圧伝達部材のシール材への押圧動作により、一対のセパレータとシール材との間のシール面圧が高まり、シール面圧に対する煩雑なメンテナンス作業を行うことなく、シール性劣化に対処することができる。 Since being introduced in the swelling member through the sealing surface communicating passage, by pressing action to the seal member surface pressure transmitting member due to swelling of the swelling member increases the sealing surface pressure between the pair of separators and the sealing material , without performing complicated maintenance work relative to the seal surface pressure, it is possible to cope with the sealing deterioration. また、この場合漏れのあるシール部に対して選択的にシール面圧を高めることができ、シール性劣化の対応が確実に行える。 Also, selectively it is possible to increase the seal surface pressure against the seal portion with this leakage, correspondence can be reliably performed sealability deterioration.

【0022】 [0022]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be explained based on the embodiment of the invention with reference to the drawings.

【0023】図1は、この発明の第1の実施形態に係わる固体高分子膜型燃料電池の一部を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a portion of the solid polymer membrane fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
この燃料電池は、固体高分子膜からなる電解質膜1と、 The fuel cell includes an electrolyte membrane 1 made of a solid polymer membrane,
この電解質膜1の両側に配置される二つの電極3,5 Two electrodes 3 and 5 are disposed on both sides of the electrolyte membrane 1
(燃料極と酸素極)と、この二つの電極3,5のさらに両側に設けられた二つのセパレータ7,9とを備えている。 And (fuel electrode and the oxygen electrode), and a two separators 7,9 for further provided on both sides of the two electrodes 3 and 5. 二つのセパレータ7,9は、図示していないが、ボルトなどの締結具によって電解質膜1および電極3,5 The two separators 7 and 9, although not shown, an electrolyte membrane by fasteners such as bolts 1 and electrodes 3
を挟持固定すべく締結固定されている。 It is fastened and fixed so as to sandwich fix. 実際の燃料電池は、電解質膜1と電極3,5とからなる電極電解質膜接合体がセパレータ7,9を間に挟んで多数積層されて燃料電池スタックを構成するが、ここでは、図1に示すような単電池を例にして説明する。 The actual fuel cell, the electrode membrane assembly comprising a electrolyte membrane 1 and the electrodes 3 Metropolitan constitute interposed therebetween many stacked in the fuel cell stack between the separator 7 and 9, where, in FIG. 1 the unit cell shown as an example.

【0024】電解質膜1は、フッ素系樹脂などの高分子材料によりプロトン伝導性のイオン交換膜として形成されている。 The electrolyte membrane 1 is formed as a proton conductive ion exchange membrane of a polymer material such as fluorine-based resin. また、二つの電極3,5には、白金または白金とその他の金属からなる触媒を含有するカーボンクロスからなり、触媒の存在する面が電解質膜1と接触するように形成されている。 Further, the two electrodes 3 and 5, made of carbon cloth containing a catalyst consisting of platinum or platinum and other metals, present surface of the catalyst is formed in contact with the electrolyte membrane 1.

【0025】セパレータ7,9は、ガス不透過である緻密性カーボン材で構成されており、電極3および電極5 The separator 7 and 9 is constructed of a dense carbon material is a gas impermeable, electrodes 3 and 5
にそれぞれ対応する面には、燃料ガス流路11および酸化性ガス流路13を確保するための多数のリブ15およびリブ17が形成されるとともに、ガス流路11,13 Corresponding respectively to the surface, with a number of ribs 15 and the ribs 17 to ensure the fuel gas channel 11 and the oxidizing gas channel 13 is formed, the gas flow channels 11 and 13
が形成された面と反対側の面には、図示していないが、 The surface opposite to the surface where but formed, although not shown,
冷却水流路が形成されている。 Cooling water flow path is formed.

【0026】燃料ガス流路11に供給される燃料ガスは、水素が主成分であり、その他のガス構成成分として窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素ガスを含むこともある。 The fuel gas supplied to the fuel gas channel 11, hydrogen is a major component, nitrogen gas as the other gas constituents, also contain carbon dioxide, carbon monoxide gas. さらに、水素のかわりに水で希釈されたメタノール溶液が流通することもある。 Furthermore, sometimes methanol solution is diluted with water in place of the hydrogen flows. 酸化性ガス流路13に供給されるガスは、酸素が主成分であり、その他に窒素ガスが含まれることもある。 Gas supplied to the oxidizing gas flow path 13, oxygen is a major component, also other that contains a nitrogen gas. これらの燃料ガスおよび酸化性ガスは、燃料電池に供給される前に、充分に加湿される。 These fuel gas and oxidizing gas, before being supplied to the fuel cell, is sufficiently humidified.

【0027】電解質膜1は、外周側端部がセパレータ7,9の外周側端部とほぼ同位置まで延長されており、 The electrolyte membrane 1 is extended to approximately the same position as the outer end portion of the outer peripheral side end separator 7,9,
その外周側端部の電解質膜1と各セパレータ7,9との間には、フッ素樹脂製ガスケットからなるシール材1 Between the electrolyte membrane 1 and each of the separators 7 and 9 of the outer end portion, the sealing member 1 made of a fluororesin gasket
9,21が設けられている。 9 and 21 are provided. 各セパレータ7,9のシール材19,21に対向する面には、凹部23,25が形成され、この凹部23,25内には、水分を吸収することによって膨潤する膨潤部材27,29と、この膨潤部材27,29の膨潤によりセパレータ7,9に対して移動しシール材19,21を押圧する面圧伝達部材31, The surface facing the sealing member 19, 21 of the separators 7 and 9, recesses 23, 25 are formed, inside the recess 23 and 25, the swelling member 27, 29 that swells by absorbing moisture, surface pressure transmitting member 31 for pressing the moving sealing member 19, 21 with respect to the separator 7 and 9 by swelling of the swelling member 27 and 29,
33とが、それぞれ収容されている。 33 and is housed respectively. したがって、凹部23,25内は膨潤部材27,29が収容される空間を形成している。 Thus, the recess 23, 25 forms a space for swelling member 27 and 29 are housed.

【0028】膨潤部材27,29は、吸水性ゲルまたは吸水性樹脂材料で構成されており、加湿されている燃料ガスおよび酸化性ガス中の水分を吸着・吸収することで膨潤する。 The swelling member 27 and 29 is formed of a water-absorbing gel or the water absorbent resin material, swells by adsorbing or absorbing moisture in the fuel gas and the oxidizing gas is humidified. 膨潤部材27,29は、粉末状、フィルム状、繊維状と種々の形態をとることが可能だが、セパレータ7,9内の燃料ガス流路11および酸化性ガス流路13に流出することのない形状が選択される。 Swelling member 27 and 29, a powder form, a film form, but can take a fibrous and various forms, not to flow out to the fuel gas channel 11 and the oxidizing gas channel 13 in the separator 7 and 9 shape is selected. 粉末状の場合は、透水性を持つ膜やフィルム(例えば、商品名ランシール:日本エクスラン社製、商品名Drytech:ダウケミカル社製)などで固定しても構わない。 In the case of powder form, film or a film with a permeability (for example, trade name Ranshiru: Japan Ekusuran Co., Ltd., trade name Drytech: manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) may be fixed, or the like.

【0029】面圧伝達部材31,33は、シール材1 [0029] The surface pressure transmission member 31 and 33, the sealing member 1
9,21に接触する押圧部35,37と、押圧部35, A pressing portion 35, 37 in contact with the 9 and 21, the pressing portion 35,
37の両端から凹部23,25の底面に向けて延長される側壁部39aおよび39b,41aおよび41bとから構成されている。 And a from both ends of the 37 sidewall portions 39a and 39b are extended toward the bottom surface of the recess 23, 25, and 41a and 41b. そして、燃料電池を組み立てた状態では、押圧部35,37のシール材19,21側の面が、セパレータ7,9のシール材19,21側の面と同一面を形成している。 Then, in the assembled state of the fuel cell, the surface of the sealing member 19, 21 side of the pressing portion 35 and 37, forms a same plane as the sealing member 19, 21 side surface of the separator 7 and 9.

【0030】面圧伝達部材31,33における図中で左側の側壁部39b,41bには貫通孔39c,41cが形成され、この側壁部39b,41bが接触するセパレータ7,9には、前記貫通孔39c,41cに整合する貫通孔7a,9aが形成されている。 The surface pressure transmitting in member 31, 33 on the left in the drawing the side wall portion 39 b, the 41b through holes 39c, 41c are formed, the side wall portions 39 b, the separator 7, 9 41b are in contact, said through holes 7a matching holes 39c, to 41c, 9a are formed. 上記した貫通孔3 Through hole 3 described above
9c,41cと貫通孔7a,9aとで、ガス流路11, 9c, 41c and the through-hole 7a, in a 9a, the gas channel 11,
13と凹部23,25内の空間とを連通する内部連通路43,45を構成している。 A space 13 and the recess 23, 25 constitute an internal communication path 43, 45 for communicating.

【0031】上記した構成の燃料電池の運転を行うと、 [0031] When performing the operation of the fuel cell of the above configuration,
燃料ガスおよび酸化性ガスそれぞれが、燃料ガス流路1 Each fuel gas and oxidizing gas, the fuel gas flow path 1
1および酸化性ガス流路13を流通する。 1 and flowing through the oxidizing gas channel 13. それぞれのガスは、燃料電池に流入する前に、充分加湿処理されており、この加湿されたガス中の水分や、電気化学反応によって生成された水分が、内部連通路43,45を通して凹部23,25内に入り込み、膨潤部材27,29に吸着・吸収される。 Each gas, before entering the fuel cell are sufficiently humidification, water and in the humidified gas, moisture generated by the electrochemical reaction, the recess 23 through the internal communication path 43, 45, enters the 25, are adsorbed and absorbed by the swelling member 27, 29.

【0032】膨潤部材27,29が水分を吸着・吸収することで膨潤し、この膨潤した膨潤部材27,29によって面圧伝達部材31,33がシール材19,21を押圧する。 The swelling member 27 and 29 swells by adsorbing or absorbing moisture, the surface pressure transmitting member 31 and 33 by the swelling member 27 and 29 that this swelling pushes the sealing material 19, 21.

【0033】このとき、セパレータ7,9相互は、図示しないボルトなどの締結具によってシール材19,21 [0033] In this case, the separator 7 and 9 mutually sealant by fasteners such as bolts (not shown) 19, 21
を挟持するように締結固定されており、したがって膨潤した膨潤部材27,29が面圧伝達部材31,33をシール材19,21に向けて押圧することで、上記ボルトによる締結圧力が高まり、シール性が高まるものとなる。 Are fastened to sandwich the, thus by swelling member 27 and 29 swollen presses toward the surface pressure transmitting member 31, 33 in the sealant 19 and 21 increases the engagement pressure by the bolts, seal the thing that gender is increased. このため、燃料電池の長期使用によるシール性劣化を抑制することができ、締結ボルトの増し締め作業などの煩雑なメンテナンス作業を削減することができる。 Therefore, it is possible to suppress the sealing property deterioration due to long-term use of the fuel cell, it is possible to reduce the troublesome maintenance work such as tightening work of fastening bolts.

【0034】なお、内部連通路43,45を構成する貫通孔7a,39c,9a、41cの通路形状は、円形のほかスリット状としてもよく、膨潤部材27,29がガス流路11,13に移動しなければ、どのような形状でも構わない。 [0034] The through-hole 7a constituting the internal communication path 43 and 45, 39c, 9a, 41c are passages shape may be a circular well slit-swelling member 27, 29 in the gas flow channels 11 and 13 if you do not move, it may be in any shape.

【0035】また、面圧伝達部材31,33の図中で左側の側壁部39b,41bが、ガス流路11,13に直接接する構成としてもよい。 Further, the left side wall portion 39b in the drawing surface pressure transmitting member 31 and 33, 41b may be configured to direct contact with the gas flow channels 11 and 13. この場合、面圧伝達部材3 In this case, the surface pressure transmission member 3
1,33のガス流路11,13側への移動を規制する機構を設ける必要がある。 It is necessary to provide a mechanism for restricting the movement of the gas flow channels 11 and 13 side 1,33.

【0036】図2は、この発明の第2の実施形態に係わる固体高分子膜型燃料電池の一部を示す断面図である。 [0036] FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the solid polymer membrane fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
この燃料電池は、図1の燃料電池に対し、セパレータ7,9の外周側端部に形成されているシール構造が異なるだけで、他の部分は同様である。 The fuel cell, to the fuel cell of FIG. 1, the seal structure formed on the outer peripheral side end of the separator 7 and 9 differ only, other parts are the same.

【0037】シール材19,21に対向する部位のセパレータ7,9には、全周にわたり外方向側も開放している切欠凹部47,49が形成され、この切欠凹部47, [0037] The sealant 19, 21 separator 7 and 9 position facing the notch recesses 47 and 49 are also open outward side over the entire circumference is formed, the cutout recess 47,
49内に、水分を吸収することによって膨潤する膨潤部材51,53と、この膨潤部材51,53の膨潤によってシール材19,21を押圧する面圧伝達部材55,5 In 49, the swelling member 51 and 53 to swell by absorbing water, the surface pressure transmitting member to press the sealing member 19, 21 by swelling of the swelling member 51 and 53 55,5
7が、それぞれ収容されている。 7 are respectively accommodated. したがって、切欠凹部47,49内は膨潤部材51,53が収容される空間を形成している。 Accordingly, the cutout recess 47, 49 forms a space for swelling member 51 and 53 are housed.

【0038】面圧伝達部材55,57は、シール材1 [0038] surface pressure transmission member 55 and 57, the sealing member 1
9,21に接触する押圧部59,61と、押圧部59, A pressing portion 59 and 61 in contact with the 9 and 21, the pressing portion 59,
61の両端からシール材19,21に対して離れる方向に延長される側壁部63aおよび63b,65aおよび65bとから構成されている。 And a from both ends of the 61 sidewall portions 63a and 63b are extended in a direction away to the seal member 19, 21, and 65a and 65b. そして、この燃料電池を組み立てた状態では、押圧部59,61のシール材1 Then, in the assembled state of the fuel cell, the sealing member 1 of the pressing part 59 and 61
9,21側の面が、セパレータ7,9のシール材19, 9 and 21 side of the face, the sealing member 19 of the separator 7 and 9,
21側の面と同一面を形成している。 It forms a 21-side surface in the same plane.

【0039】面圧伝達部材55,57における外周側すなわち図中で右側の側壁部63a,65aの先端とセパレータ7,9との間には、外部連通路としての隙間6 The surface pressure transmitting member 55, 57 outer circumferential side, i.e. in the figure at the right side wall portion 63a in, between the 65a of the tip and the separator 7 and 9, the gap of the external communication passage 6
7,69が形成され、これにより切欠凹部47,49内が燃料電池の外部と連通している。 7,69 is formed, the cutout recess 47, 49 communicates with the outside of the fuel cell thereby. 一方、面圧伝達部材55,57における内周側すなわち図中で左側の側壁部63b,65bと膨潤部材51,53との間には、セパレータ7,9側からシール材19,21に向けて突出する突起部7b,9bが形成され、この突起部7b,9b On the other hand, the inner circumferential side or the left side wall portion 63b in the figure in the face pressure transmitting member 55 and 57, between the 65b and the swelling members 51 and 53, toward the separator 7, 9 side sealing member 19, 21 projections 7b which projects, 9b are formed, the projections 7b, 9b
と右側の側壁部63a,65aとの間に膨潤部材51, Swelling member 51 between the right side wall portion 63a, and 65a,
53が収容される。 53 is housed.

【0040】上記した左側の側壁部63b,65bは、 [0040] on the left side of the above-mentioned side wall portion 63b, 65b is,
同右側の側壁部63a,65aに比べ、図中で上下方向の長さが短く形成され、その先端を含めて側壁部63 Compared to the same right sidewall portions 63a, 65a, the length in the vertical direction in the drawing is formed shorter side wall portion 63 including the tip
b,65bの周囲とセパレータ7,9側との間および、 b, and between the periphery of 65b and the separator 7 and 9 side,
突起部7b,9bの先端と、面圧伝達部材55,57との間には、隙間が形成され、これらの隙間により、シール材19,21とセパレータ7,9との間のシール界面71,73に連通する屈曲したシール面連通路75,7 Projections 7b, and the tip of 9b, between the surface pressure transmitting member 55 and 57, a gap is formed, sealing the interface 71 between these gaps, a sealing member 19, 21 and the separator 7 and 9, 73 bent sealing surface communicating passage communicating with 75,7
7を構成している。 Constitute a 7.

【0041】上記した構成の燃料電池によれば、図1の燃料電池と同様に、燃料ガス流路11および酸化性ガス流路13を流通する燃料ガスおよび酸化性ガスは、燃料電池に流入する前に、充分加湿処理されており、この加湿されたガス中の水分や電気化学反応によって生成された水分が、シール界面71,73および屈曲したシール面連通路75,77を通って切欠凹部47,49内に入り込み、膨潤部材51,53に吸着・吸収される。 [0041] According to the fuel cell of the above configuration, similarly to the fuel cell of FIG. 1, the fuel gas and the oxidizing gas flowing through the fuel gas channel 11 and the oxidizing gas channel 13 flows into the fuel cell before, being sufficient humidification, water generated by the water and the electrochemical reaction of the humidified gas is, the seal interface 71, 73 and bent sealing surface communicating passage 75, 77 through the cutout recess 47 , enters the 49, are adsorbed and absorbed by the swelling member 51 and 53.

【0042】膨潤部材51,53が水分を吸着・吸収することで膨潤し、この膨潤した膨潤部材51,53によって面圧伝達部材55,57がシール材19,21を押圧する。 The swelling member 51 and 53 swells by adsorbing or absorbing water, the swelling member 51 and 53 that the swollen surface pressure transmitting member 55 and 57 to press the sealing member 19, 21. このとき、セパレータ7,9相互は、図示しないボルトなどの締結具によってシール材19,21を挟持するように締結固定されており、したがって膨潤した膨潤部材51,53が面圧伝達部材55,57をシール材19,21に向けて押圧することで、上記ボルトによる締結圧力が高まり、シール性が高まるものとなる。 In this case, the separator 7 and 9 cross is fastened so as to sandwich the sealing member 19, 21 by fasteners such as bolts (not shown), thus swollen swollen member 51 and 53 face pressure transmitting member 55 and 57 the by pressing toward the sealing member 19, 21 increases the engagement pressure by the bolts, and that the sealing property is improved.

【0043】このため、上記した図2の燃料電池においても、燃料電池の長期使用によるシール性劣化を抑制することができ、締結ボルトの増し締め作業などの煩雑なメンテナンス作業を削減することができる。 [0043] Therefore, also in the fuel cell of FIG. 2 described above, it is possible to suppress the sealing property deterioration due to long-term use of the fuel cell, it is possible to reduce the troublesome maintenance work such as tightening work of fastening bolts .

【0044】また、この実施形態の場合には、シール部から燃料電池の外部に流出した燃料ガスおよび酸化性ガスや反応によって生成された水分は、隙間67,69を通して切欠凹部47,49内に入り込み、これにより膨潤部材51,53が水分を吸着・吸収して膨潤し、上記と同様にして面圧伝達部材55,57がシール材19, [0044] In the case of this embodiment, water generated by the externally flowing out fuel gas and oxidizing gas and the fuel cell reaction from the sealing portion, in the cutout recess 47, 49 through the gap 67, 69 enter, thereby swelling member 51 and 53 swells by adsorbing or absorbing water, the same manner as above surface pressure transmitting member 55, 57 sealing material 19,
21を押圧する結果、シール性が高まるものとなる。 21 Results for pressing, and that the sealing property is improved. この場合には、シール性が損なわれてガスが燃料電池の外部に流出した部位が選択的にシール面圧を高めることになるので、シール性劣化の対応が確実に行える。 In this case, since the site where sealing is impaired by gas flows out to the outside of the fuel cell is to enhance selectively sealing surface pressure, correspondence can be reliably performed sealability deterioration.

【0045】さらに、この実施形態では、燃料電池を冷却するための冷却水が燃料電池から漏洩した場合にも、 [0045] Further, in this embodiment, even when the cooling water for cooling the fuel cell leaks from the fuel cell,
この漏洩した冷却水が前記隙間67,69を通して切欠凹部47,49内に入り込み、膨潤部材51,53が水分を吸着・吸収して、シール性を高めることになる。 The leaked cooling water enters the cutout recess 47, 49 through the gaps 67 and 69, the swelling member 51 and 53 to adsorb and absorb moisture, thereby enhancing the sealing property.

【0046】燃料電池の外部に漏洩した燃料ガスおよび酸化性ガスや冷却水が、隙間67,69を通して燃料電池内に取り込まれ膨潤部材51,53によって吸収されるので、燃料電池設置箇所や周辺機器の水分による老朽化を抑制することもできる。 [0046] Since fuel fuel gas and oxidizing gas and cooling water were leaked to the outside of the battery is absorbed by the swelling member 51, 53 is taken into the fuel cell through the gap 67 and 69, the fuel cell installation location and peripherals it is also possible to suppress the aging of due to moisture.

【0047】なお、上記各実施形態では、シール材1 [0047] In the above embodiments, the sealing member 1
9,21としてフッ素樹脂製ガスケットを使用したが、 Was used a fluorine resin-made gasket as 9, 21,
Oリング、熱可塑性エラストマーなどによって構成される液状ガスケットなどを使用してもよい。 O-ring, and the like may be used liquid gasket composed of a thermoplastic elastomer.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】この発明の第1の実施形態に係わる固体高分子膜型燃料電池の一部を示す断面図である。 1 is a cross-sectional view of a portion of the solid polymer membrane fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2の実施形態に係わる固体高分子膜型燃料電池の一部を示す断面図である。 2 is a cross-sectional view of a portion of the solid polymer membrane fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 電解質膜 3,5 電極 7,9 セパレータ 11 燃料ガス流路 13 酸化性ガス流路 19,21 シール材 23,25 凹部(空間) 27,29,51,53 膨潤部材 31,33,55,57 面圧伝達部材 43,45 内部連通路 47,49 切欠凹部(空間) 67,69 隙間(外部連通路) 71,73 シール界面 75,77 シール面連通路 1 electrolyte films 3 and 5 electrodes 7,9 separator 11 fuel gas channel 13 oxidizing gas channel 19, 21 sealing material 23, 25 recess (space) 27,29,51,53 swelling member 31,33,55,57 surface pressure transmitting member 43, 45 inside the communicating passage 47 and 49 cutout recess (space) 67, 69 clearance (external communication passage) 71 and 73 seal the interface 75, 77 seal surface communicating passage

Claims (6)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 電解質膜の両側に一対の電極を配置した接合体を、燃料ガスおよび酸化性ガスがそれぞれ供給されるガス流路を備えた一対のセパレータで挟持固定するとともに、この一対のセパレータの外周縁部相互間にシール材を配置した燃料電池において、前記シール材とセパレータとの間に、水分を吸収して膨潤する膨潤部材と、この膨潤部材の膨潤によって前記シール材を押圧する面圧伝達部材とを設けたことを特徴とする燃料電池。 1. A bonded structure of arranging the pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane, thereby sandwiching fixed by a pair of separators having a gas flow passage through which fuel gas and oxidizing gas are supplied, the pair separator the fuel cell sealing member disposed between the outer peripheral edge each other, pressed between the sealing member and the separator, and a swelling member that swells by absorbing moisture, the sealing material by swelling of the swelling member the surface of the fuel cell characterized by providing a pressure transmission member.
  2. 【請求項2】 セパレータと面圧伝達部材との間に形成した空間に、膨潤部材を収容したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 To 2. A space formed between the separator and the surface pressure transmission member, the fuel cell according to claim 1, wherein the accommodating swelling member.
  3. 【請求項3】 空間とガス流路とを連通する内部連通路を設けたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池。 3. A fuel cell according to claim 2, characterized in that a internal communication passage for communicating the space and the gas flow path.
  4. 【請求項4】 空間と燃料電池の外部とを連通する外部連通路を設けたことを特徴とする請求項2または3記載の燃料電池。 4. A fuel cell according to claim 2 or 3, wherein the provision of the external communication passage for communicating the space outside the fuel cell.
  5. 【請求項5】 空間は、セパレータのシール材に対向する面に形成した凹部で構成されていることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の燃料電池。 5. A space, fuel cell according to any one of claims 2, characterized in that it is composed of a concave portion formed on a surface facing the sealing member of the separator 4.
  6. 【請求項6】 面圧伝達部材とセパレータとの間に、シール材とセパレータとの間のシール界面に連通するシール面連通路を設けたことを特徴とする請求項2ないし5 Between 6. face pressure transmitting member and the separator, to claims 2, characterized in that a sealing surface communicating passage communicating with the seal interface between the sealing member and the separator 5
    のいずれかに記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of.
JP2000343434A 2000-11-10 2000-11-10 Fuel cell Expired - Fee Related JP3752994B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000343434A JP3752994B2 (en) 2000-11-10 2000-11-10 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000343434A JP3752994B2 (en) 2000-11-10 2000-11-10 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002151109A true true JP2002151109A (en) 2002-05-24
JP3752994B2 JP3752994B2 (en) 2006-03-08

Family

ID=18817801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000343434A Expired - Fee Related JP3752994B2 (en) 2000-11-10 2000-11-10 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3752994B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005285350A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell
US7067216B2 (en) * 2002-12-20 2006-06-27 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate gas moisturizing apparatus for the fuel cell
WO2006116930A1 (en) * 2005-04-30 2006-11-09 Byd Company Limited A sealed fuel cell unit with a proton-exchange membrane
WO2010055793A1 (en) 2008-11-11 2010-05-20 シャープ株式会社 Membrane electrode assembly
JP2010244913A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
WO2011158286A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
WO2012153453A1 (en) * 2011-05-12 2012-11-15 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell and method for producing same

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7067216B2 (en) * 2002-12-20 2006-06-27 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate gas moisturizing apparatus for the fuel cell
JP2005285350A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell
WO2006116930A1 (en) * 2005-04-30 2006-11-09 Byd Company Limited A sealed fuel cell unit with a proton-exchange membrane
WO2010055793A1 (en) 2008-11-11 2010-05-20 シャープ株式会社 Membrane electrode assembly
JP2010244913A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
WO2011158286A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
EP2584635A1 (en) * 2010-06-15 2013-04-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
EP2584635A4 (en) * 2010-06-15 2014-08-13 Toyota Motor Co Ltd Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
WO2012153453A1 (en) * 2011-05-12 2012-11-15 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell and method for producing same
JP5178968B2 (en) * 2011-05-12 2013-04-10 パナソニック株式会社 The polymer electrolyte fuel cell and a manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date Type
JP3752994B2 (en) 2006-03-08 grant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5284718A (en) Fuel cell membrane electrode and seal assembly
US6350538B1 (en) Fuel cell with fluid distribution layer having intergral sealing capability
US6716550B1 (en) Sealing membrane electrode assemblies for electrochemical fuel cells
US6165634A (en) Fuel cell with improved sealing between individual membrane assemblies and plate assemblies
US6423439B1 (en) Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell
US6232008B1 (en) Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
US20010051294A1 (en) Fuel cell
US20030118889A1 (en) Structural seal for a fuel cell
US6066409A (en) Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
US20090136811A1 (en) MEA, MEA Manufacturing Method, and Polymer Electrolyte Fuel Cell
JPH0521077A (en) Seal structure of solid high polymer electrolytic fuel battery
JPH0765847A (en) Solid high polymer electrolyte type fuel cell
US6210823B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JPH11204122A (en) Solid polyelectrolyte fuel cell
US20070134538A1 (en) Sealing member for fuel cell, fuel cell, and method of manufacturing the fuel cell
JP2004311254A (en) Gas sealing structure of fuel cell
US6602632B2 (en) Sealing member for fuel cell
JPH0696783A (en) Fuel cell
JP2005100970A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2009009838A (en) Fuel cell
JP2005071869A (en) Fuel cell stack
JPH07312223A (en) Fuel cell
JP2002042836A (en) Fuel cell seal and its forming method
JP2000021422A (en) Manufacture of separator for fuel cell, and the separator for fuel cell
JPH0997619A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040217

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040413

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051122

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051205

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees