JP2004179109A

JP2004179109A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2004179109A
Application number: JP2002347029A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Asai; 康之浅井; Takeshi Takahashi; 剛高橋; Toshiyuki Suzuki; 稔幸鈴木; Kazutomo Kato; 千智加藤; Hiroya Nakaji; 宏弥中路; Naohiro Takeshita; 直宏竹下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP4127034B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell that can prevent incorrect assembly of installing a sealing plate into the separator communicating gas passage part. <P>SOLUTION: (1) The fuel cell 10 has a sealing plate 33 having unsymmetrical shape, arranged at the communicating gas passage 32 connecting a gas passage in the power generation region of the fuel cell, with a gas manifold. Here, (2) the unsymmetrical shape comprises one or more projections 33e, and (3) the projections 33a extend in the direction of the surface of the sealing plate 33. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池（たとえば、固体高分子電解質型燃料電池などの低温型燃料電池）に関し、とくに燃料電池のシーリングプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとの積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
カソード側：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ
【０００３】
上記反応が正常に行われるように、燃料ガス（水素）、酸化ガス（エア）、冷媒（冷却水）は、シールされる。
図７、図８に示すように、ＭＥＡを挟んで対向するセパレータ１８間、および膜１１とセパレータ１８間は接着剤３４でシールされ、セル間はガスケット３５によりシールされる。セパレータのうち反応ガスマニホールドと発電領域のガス流路とは連通ガス流路３２で接続されているが、連通流路にはシーリングプレート３３が被せられ、シーリングプレート３３と膜１１またはセパレータ１８間は接着剤３４でシールされる。
セパレータ間、および膜とセパレータ間の接着剤によるシールにおいて、シール剤が、連通ガス流路３２や、発電領域の反応ガス流路や、反応ガスマニホールドにはみ出したり、回り込んだりすると、連通ガス流路の狭小化、閉塞を生じるので、接着剤のはみ出し、回り込みは抑制されなければならない。
特開平９−３５７２６号公報は、反応ガスマニホールドと発電領域のガス流路とを連通する連通ガス流路を覆うシーリングプレートを開示しており、これによって連通ガス流路はトンネル構造となっている。シーリングプレートは、矩形状であり、一面に拡散層の端部を受け入れる極く浅い段部を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３５７２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シーリングプレートの、セパレータの連通ガス流路部位への組み付けは、シーリングプレートの形状と相似の形状でシーリングプレートより微小量大きい内面をもつ治具からシーリングプレートを取り出して、接着剤を塗布したセパレータの連通ガス流路部位に装着することにより行う。しかし、シーリングプレートが矩形状のため、正規の状態からシーリングプレートの表裏を逆にしたり、左右を逆にしたり、上下を逆にしても、シーリングプレートは治具に挿入されてしまう。非正規状態で挿入された場合は、非正規状態のままシーリングプレートをセパレータの連通ガス流路部位に誤組み付けしてしまう。その結果、電解質膜、拡散層、セパレータに無理な荷重をかけるおそれがある。
本発明の目的は、シーリングプレートの、セパレータの連通ガス流路部位への誤組み付けを防止できる燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）燃料電池の発電領域のガス流路とガスマニホールドとを接続する連通ガス流路にシーリングプレートを設けた燃料電池であって、前記シーリングプレートを非対称形状とした燃料電池。
（２）前記非対称形状は１以上の突起である（１）記載の燃料電池。
（３）前記突起は前記シーリングプレートの面方向に延びている（２）記載の燃料電池。
【０００７】
上記（１）、（２）、（３）の燃料電池では、シーリングプレートを非対称形状としたので、治具にシーリングプレートを挿入する際、シーリングプレートが正規状態にないと、たとえば正規状態から表裏が逆になっていたり、左右、上下が逆になっていたりすると、正規状態のシーリングブレートと相似形の治具にシーリングプレートを挿入することができない。挿入できた場合は、シーリングプレートが正規状態にあることが保証される。正規状態で、治具からシーリングプレートを取り出してセパレータの連通ガス流路に装着、接着することにより、シーリングプレートの燃料電池への誤組み付けを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池を図１〜図６を参照して説明する。
本発明で対象となる燃料電池は低温型燃料電池であり、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００９】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータ１８との積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
【００１０】
セパレータ１８は、カーボン、またはメタル、またはメタルと樹脂フレーム、または導電性樹脂、の何れか、またはその組み合わせからなる。図示例はカーボンセパレータの場合を示しているが、ただし、セパレータ１８は、カーボン製に限るものではない。
セパレータ１８には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。燃料ガスも酸化ガスも反応ガスである。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。冷媒流路２６はセル毎に、または１以上のセル毎に（たとえば、モジュール毎に）設けられている。
【００１１】
図３に示すように、セパレータ１８には、セル積層方向に貫通する、冷媒マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１が設けられる。
冷媒マニホールド２９は入側２９ａと出側２９ｂを有し、冷媒は入側２９ａからセル内の冷媒流路２６を通って出側２９ｂへ流れる。
燃料ガスマニホールド３０は入側３０ａと出側３０ｂを有し、燃料ガスは入側３０ａからセル内の燃料ガス流路２７を通って出側３０ｂへ流れる。
酸化ガスマニホールド３１は入側３１ａと出側３１ｂを有し、酸化ガスは入側３１ａからセル内の酸化ガス流路２８を通って出側３１ｂへ流れる。
各種マニホールドは、入側、出側マニホールドの各々において、１つのマニホールドから構成されてもよいし、あるいは図５に示すように、複数（図５の例では２つ）の、同じ長さか、ほぼ同じ長さのマニホールドから構成されていてもよい。
【００１２】
図３、図４に示すように、燃料電池の発電領域のガス流路（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）とガスマニホールド（燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）とは、連通ガス流路３２によって、接続され、互いに連通されている。燃料電池の発電領域とは、電解質膜１１と燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８が存在する領域で、発電が実行される領域である。
この連通ガス流路３２には、シーリングプレート３３が設けられている。シーリングプレート３３は、たとえば樹脂製であり、電気的に絶縁性を有する。シーリングプレート３３は連通ガス流路３２の溝を覆っており、各溝をトンネル状にしている。シーリングプレート３３は、電解質膜１１および拡散層１３、１６を支持するものでもあるので、支持プレートと呼んでもよい。シーリングプレート３３の、拡散層１３、１６を支持する部分３３ｂは、拡散層１３、１６を支持しない部分３３ｃに比べて厚さが薄い。
シーリングプレート３３は各ガスマニホールド３０、３１に対応する連通ガス流路３２に１つづつ設けられてもよいし、あるいは各種ガスマニホールド３０、３１が入側、出側の各側においてマニホールド長手方向に複数部分（図５の例では２つの部分）に分割されている場合はその複数部分（図５の例では２つの部分）に対して１つ設けられてもよい。
【００１３】
電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ１８間は、発電領域の周りで、接着剤３４により互いにシールされる。隣接するセル１９間はガスケット３５によってもシールされる。
連通ガス流路３２およびその近傍においては、シーリングプレート３３と電解質膜１１との間およびシーリングプレート３３とセパレータ１８との間が接着剤３４によりシールされる。
接着剤３４は、初期は液状であるが、加熱することにより、または所定時間（たとえば、２４時間）放置することによって固化する。
【００１４】
図５、図６に示すように、シーリングプレート３３は非対称形状となっている。シーリングプレート３３の面内方向の外形は、非対称形状である。シーリングプレート３３の外形の非対称形状は、シーリングプレート３３に面内方向に突出する１個以上（図５、図６の例では２個）の突起３３ａを設け、この突起３３ａをシーリングプレート３３の面内方向において、左右方向中心線に対して左右非対称とするとともに、上下方向中心線に対して上下非対称とすることによって構成される。
図５、図６の例では、シーリングプレート３３の、ほぼ矩形の片方の長辺（燃料電池に組み込んだ時にガスマニホールド３０、３１側の辺）に２つの突起３３ａを設け、２つの突起３３ａの、シーリングプレート３３の矩形の長辺方向の長さＸ、Ｙを互いに異ならせる（Ｘ≠Ｙとする）ことによって、シーリングプレート３３を非対称形状としてある。ただし、２つの突起３３ａの突出量は互いに同じである。突起３３ａは、図５に示すように、ガスマニホールド３０、３１内に突出する。図５の例では、ガスマニホールドは３０、３１はマニホールド長手方向に２つの部分に分かれており、２つの部分の長さは同じであり、それぞれの部分に突起３３ａが１つずつ突出し、この突起３３ａの長さが互いに異なっている。
【００１５】
シーリングプレート３３をセパレータ１８の連通ガス流路３２へ装着する治具は、正規姿勢にある、非対称外形をもつシーリングプレート３３の外形と相似形で、シーリングプレート３３の外形より微小量大きい内面とシーリングプレート取り出し穴を有する。シーリングプレート３３の、セパレータ１８の連通ガス流路３２への装着、接着時、シーリングプレート３３を複数枚積層して治具に挿入しておき、治具を、供給された、接着剤を所定部位に塗布してあるセパレータ１８に相対的に接近させ、シーリングプレート３３を治具からシーリングプレート取り出し穴を通して１枚ずつ取り出し、セパレータ１８の連通ガス流路３２に装着し、接着する。シーリングブレート３３を接着されたセパレータ１８を治具部位から搬出して次工程に送る。
【００１６】
つぎに、本発明の燃料電池の作用を説明する。
シーリングプレート３３が非対称形状を有するので、シーリングプレート３３の、燃料電池への誤組み付けが防止される。
さらに詳しくは、シーリングブレート３３をシーリングプレート装着用治具に挿入する時、もしもシーリングプレート３３が、正規姿勢から、表裏が反転していたり、左右がに逆なっていたり、上下が逆になっていたりすると、シーリングプレート３３が正規の姿勢にある時のみに挿入可能となっている治具に、シーリングブレート３３を挿入することができない。したがって、治具への挿入時点で、シーリングプレート３３を自動的に正規の姿勢に正すことができる。
【００１７】
治具に挿入されたシーリングプレート３３は正規の姿勢にあることが保証される。そして、接着剤を塗布したセパレータ１８に治具を相対的に接近させるとともに、治具から治具のシーリングプレート取り出し穴を通してシーリングプレート３３を１枚ずつ取り出し、シーリングプレート３３をその姿勢のまま、セパレータ１８の連通ガス流路３２に当てて接着し、セパレータ１８の連通ガス流路３２に組み付ける。その結果、セパレータ１８の連通ガス流路３２に組み付けられたシーリングプレート３３は正規の姿勢にあり、表裏が反転していたり、左右が逆になっていたり、上下が逆になっていたりすることがなく、シーリングプレート３３の誤組み付けが防止される。
【００１８】
また、非対称形状を突起３３ａから構成したので、樹脂製シーリングプレート３３の成形時に加工工数を増やすことなく、したがってコストアップを本質的に伴うことなく、非対称形状を容易に作ることができる。
また、突起３３ａをマニホールド３０、３１内に張り出すように設定したので、モジュールの段階で、マニホールド３０、３１内に突起３３ａが突出していることを目視で確認でき、シーリングプレート３３の組み付けもれも同時に検知することができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１、２、３の燃料電池によれば、シーリングプレートを非対称形状としたので、治具にシーリングプレートを挿入する際、自動的にシーリングプレートを正規状態に正すことができ、シーリングプレートの燃料電池への誤組み付けを防止することができる。
請求項２、３の燃料電池によれば、シーリングプレートの非対称形状を１以上の突起から構成したので、容易に非対称形状を作りだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池を含む燃料電池スタックの側面図である。
【図２】図１の燃料電池スタックの一部の拡大断面図である。
【図３】図１のうちセルの正面図である。
【図４】図１の燃料電池のシーリングプレート配設部位の断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】本発明の燃料電池のシーリングプレート配設部位の、シーリングプレートとマニホールドとの関係を示す、正面図である。
【図６】本発明の燃料電池のシーリングプレートの正面図である。
【符号の説明】
１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２、１５触媒層
１３、１６拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１８ａチャンファ
１９セル
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４締結部材（テンションプレート）
２５ボルト
２６冷媒流路（冷却水流路）
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
２９冷媒マニホールド
２９ａ入側
２９ｂ出側
３０燃料ガスマニホールド
３０ａ入側
３０ｂ出側
３１酸化ガスマニホールド
３１ａ入側
３１ｂ出側
３２連通ガス流路
３３シーリングプレート（支持プレート）
３３ａ突起
３４接着剤
３５ガスケット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell (for example, a low-temperature fuel cell such as a solid polymer electrolyte fuel cell), and more particularly to a sealing plate of the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
A solid polymer electrolyte fuel cell is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator. The membrane-electrode assembly is composed of an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane and an electrode (anode, fuel electrode) composed of a catalyst layer disposed on one side of the electrolyte membrane, and an electrode composed of a catalyst layer disposed on the other side of the electrolyte membrane (anode). Cathode, air electrode). A diffusion layer is provided between the membrane-electrode assembly and the separator on the anode side and the cathode side, respectively. The separator has a fuel gas flow path for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode, and an oxidizing gas flow path for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode. Further, a coolant channel for flowing a coolant (normally, cooling water) is also formed in the separator. A cell is formed by stacking a membrane-electrode assembly and a separator, a module is formed from at least one cell, the modules are stacked to form a cell stack, and terminals, insulators, and end plates are provided at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. Are arranged, and the cell stack is fastened in the cell stacking direction, and is fixed with a fastening member (for example, a tension plate) extending in the cell stacking direction outside the cell stack with a bolt and a nut to form a stack.
On the anode side of each cell, a reaction is performed to convert hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons. The hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and oxygen and hydrogen ions and electrons (next MEA) on the cathode side. The following reaction is performed to generate water from the electrons generated at the anode of the cell through the separator, or the electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction arrive at the cathode of the other cell through an external circuit.
The anode _{^{side: H 2 → 2H + + 2e}} -
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O
[0003]
The fuel gas (hydrogen), the oxidizing gas (air), and the refrigerant (cooling water) are sealed so that the above reaction can be performed normally.
As shown in FIGS. 7 and 8, the space between the separators 18 opposed to each other across the MEA and the space between the membrane 11 and the separator 18 are sealed with an adhesive 34, and the space between the cells is sealed with a gasket 35. The reaction gas manifold of the separator and the gas flow path in the power generation area are connected by a communication gas flow path 32, and the communication flow path is covered with a sealing plate 33, and the sealing plate 33 and the membrane 11 or the separator 18 Sealed with adhesive 34.
In the case of sealing with an adhesive between the separators and between the membrane and the separator, when the sealant protrudes or goes around into the communication gas flow path 32, the reaction gas flow path in the power generation area, or the reaction gas manifold, the communication gas flow Since the narrowing and the blockage of the road occur, the protrusion and the wraparound of the adhesive must be suppressed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35726 discloses a sealing plate that covers a communication gas flow path that communicates a reaction gas manifold with a gas flow path in a power generation area, whereby the communication gas flow path has a tunnel structure. . The sealing plate is rectangular and has a very shallow step on one side for receiving the end of the diffusion layer.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35726
[Problems to be solved by the invention]
To assemble the sealing plate to the communicating gas flow path of the separator, remove the sealing plate from a jig with a shape similar to the shape of the sealing plate and a minute amount larger than the sealing plate, and attach the adhesive coated separator. It is carried out by mounting it on the communicating gas flow path. However, since the sealing plate has a rectangular shape, the sealing plate is inserted into the jig even if the ceiling plate is turned upside down, left and right, or upside down from a normal state. When the sealing plate is inserted in an irregular state, the sealing plate is erroneously assembled to the communication gas flow path portion of the separator in the irregular state. As a result, an excessive load may be applied to the electrolyte membrane, the diffusion layer, and the separator.
An object of the present invention is to provide a fuel cell that can prevent a sealing plate from being erroneously assembled to a communication gas flow path portion of a separator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object is as follows.
(1) A fuel cell in which a sealing plate is provided in a communication gas passage connecting a gas passage and a gas manifold in a power generation region of the fuel cell, wherein the sealing plate has an asymmetric shape.
(2) The fuel cell according to (1), wherein the asymmetric shape is one or more protrusions.
(3) The fuel cell according to (2), wherein the protrusion extends in a surface direction of the sealing plate.
[0007]
In the fuel cells of the above (1), (2) and (3), the sealing plate has an asymmetric shape. When the sealing plate is inserted into the jig, if the sealing plate is not in the normal state, for example, the front and back of the normal state If it is reversed, left and right, and up and down, the sealing plate cannot be inserted into a jig similar in shape to the sealing plate in the normal state. If successful, the sealing plate is guaranteed to be in the correct state. By taking out the sealing plate from the jig in a normal state, attaching the sealing plate to the communication gas flow path of the separator, and attaching the sealing plate to the separator, it is possible to prevent the sealing plate from being erroneously assembled to the fuel cell.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS.
The fuel cell to be used in the present invention is a low-temperature fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 10. The fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than a car.
[0009]
As shown in FIGS. 1 and 2, the solid polymer electrolyte fuel cell 10 is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) and a separator 18. The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane 11 composed of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 composed of a catalyst layer 12 disposed on one side of the electrolyte membrane, and a catalyst disposed on the other side of the electrolyte membrane 11. And an electrode (cathode, air electrode) 17 composed of the layer 15. Diffusion layers 13 and 16 are provided between the membrane-electrode assembly and the separator 18 on the anode side and the cathode side, respectively.
A cell 19 is formed by stacking the membrane-electrode assembly and the separator 18, a module is formed from at least one cell, the modules are stacked to form a cell stack, and terminals 20 and insulators are provided at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. 21, the end plate 22 is arranged, the cell stack is tightened in the cell stacking direction, and fixed with a fastening member (for example, a tension plate 24) extending in the cell stacking direction outside the cell stack with a bolt / nut 25; The stack 23 is configured.
[0010]
The separator 18 is made of carbon, metal, or a metal and resin frame, or a conductive resin, or a combination thereof. The illustrated example shows the case of a carbon separator, but the separator 18 is not limited to carbon.
A fuel gas flow path 27 for supplying a fuel gas (hydrogen) to the anode 14 is formed in the separator 18, and an oxidizing gas flow path 28 for supplying an oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode 17. Is formed. Both the fuel gas and the oxidizing gas are reaction gases. Further, a coolant channel 26 for flowing a coolant (normally, cooling water) is also formed in the separator. The coolant channel 26 is provided for each cell or for one or more cells (for example, for each module).
[0011]
As shown in FIG. 3, the separator 18 is provided with a refrigerant manifold 29, a fuel gas manifold 30, and an oxidizing gas manifold 31, which penetrate in the cell stacking direction.
The refrigerant manifold 29 has an inlet side 29a and an outlet side 29b, and the refrigerant flows from the inlet side 29a to the outlet side 29b through the refrigerant flow path 26 in the cell.
The fuel gas manifold 30 has an inlet 30a and an outlet 30b, and the fuel gas flows from the inlet 30a to the outlet 30b through the fuel gas flow path 27 in the cell.
The oxidizing gas manifold 31 has an inlet 31a and an outlet 31b, and the oxidizing gas flows from the inlet 31a to the outlet 31b through the oxidizing gas passage 28 in the cell.
The various manifolds may be constituted by one manifold at each of the inlet and outlet manifolds, or as shown in FIG. 5, a plurality (two in the example of FIG. 5) of the same length or almost the same. It may be composed of manifolds of the same length.
[0012]
As shown in FIGS. 3 and 4, the gas flow paths (the fuel gas flow path 27 and the oxidizing gas flow path 28) in the power generation region of the fuel cell communicate with the gas manifolds (the fuel gas manifold 30 and the oxidizing gas manifold 31). They are connected by a gas flow path 32 and communicate with each other. The power generation area of the fuel cell is an area in which the electrolyte membrane 11, the fuel gas flow path 27, and the oxidizing gas flow path 28 are present, and in which power generation is performed.
A sealing plate 33 is provided in the communication gas flow path 32. The sealing plate 33 is made of, for example, resin and has electrical insulation. The sealing plate 33 covers the grooves of the communication gas flow path 32, and each groove has a tunnel shape. The sealing plate 33 supports the electrolyte membrane 11 and the diffusion layers 13 and 16 and may be called a support plate. A portion 33b of the sealing plate 33 that supports the diffusion layers 13 and 16 is thinner than a portion 33c that does not support the diffusion layers 13 and 16.
The sealing plates 33 may be provided one by one in the communicating gas flow paths 32 corresponding to the respective gas manifolds 30 and 31, or the various gas manifolds 30 and 31 may be provided on the inlet side and the outlet side in the longitudinal direction of the manifold. When divided into a plurality of parts (two parts in the example of FIG. 5), one may be provided for the plurality of parts (two parts in the example of FIG. 5).
[0013]
The space between the separators 18 facing each other with the electrolyte membrane 11 therebetween is sealed by an adhesive 34 around the power generation region. The space between the adjacent cells 19 is also sealed by a gasket 35.
In the communication gas flow path 32 and its vicinity, an adhesive 34 seals between the sealing plate 33 and the electrolyte membrane 11 and between the sealing plate 33 and the separator 18.
The adhesive 34 is initially in a liquid state, but solidifies by being heated or left for a predetermined time (for example, 24 hours).
[0014]
As shown in FIGS. 5 and 6, the sealing plate 33 has an asymmetric shape. The outer shape of the sealing plate 33 in the in-plane direction is an asymmetric shape. The asymmetric shape of the outer shape of the sealing plate 33 is such that one or more (two in the examples of FIGS. 5 and 6) projections 33 a protruding in the in-plane direction are provided on the sealing plate 33, and the projections 33 a are formed on the surface of the sealing plate 33. In the inward direction, it is configured to be left-right asymmetric with respect to the center line in the left-right direction and vertically asymmetric with respect to the center line in the vertical direction.
In the example of FIG. 5 and FIG. 6, two projections 33a are provided on one long side of the sealing plate 33 (the side on the gas manifold 30, 31 side when assembled in the fuel cell). The length X, Y of the rectangular shape of the sealing plate 33 in the long side direction is different from each other (X ≠ Y), so that the sealing plate 33 has an asymmetric shape. However, the protrusion amounts of the two protrusions 33a are the same as each other. The projection 33a projects into the gas manifold 30, 31 as shown in FIG. In the example of FIG. 5, the gas manifolds 30 and 31 are divided into two portions in the longitudinal direction of the manifold, and the lengths of the two portions are the same. 33a are different from each other in length.
[0015]
The jig for mounting the sealing plate 33 to the communicating gas flow path 32 of the separator 18 has a similar shape to the outer shape of the sealing plate 33 having an asymmetric outer shape in a normal posture, and has an inner surface slightly larger than the outer shape of the sealing plate 33 for sealing. It has a plate removal hole. At the time of mounting and bonding the sealing plate 33 to the communication gas flow path 32 of the separator 18, a plurality of sealing plates 33 are stacked and inserted into a jig, and the jig is supplied to a predetermined portion of the adhesive. The sealing plate 33 is relatively approached to the separator 18 applied to the separator 18, and the sealing plates 33 are taken out one by one from the jig through the sealing plate taking-out hole, attached to the communication gas flow path 32 of the separator 18, and adhered. The separator 18 to which the sealing plate 33 is adhered is carried out of the jig and sent to the next step.
[0016]
Next, the operation of the fuel cell of the present invention will be described.
Since the sealing plate 33 has an asymmetric shape, erroneous assembly of the sealing plate 33 to the fuel cell is prevented.
More specifically, when the sealing plate 33 is inserted into the jig for mounting the sealing plate, if the sealing plate 33 is turned upside down from the normal posture, upside down, upside down, or upside down. In this case, the sealing plate 33 cannot be inserted into a jig that can be inserted only when the sealing plate 33 is in a proper posture. Therefore, at the time of insertion into the jig, the sealing plate 33 can be automatically adjusted to the normal posture.
[0017]
It is guaranteed that the sealing plate 33 inserted into the jig is in a proper posture. Then, the jig is relatively approached to the separator 18 coated with the adhesive, and the sealing plates 33 are taken out one by one from the jig through the sealing plate taking-out holes of the jig. The separator 18 is attached to the communication gas flow path 32 of the separator 18 and adhered thereto. As a result, the sealing plate 33 assembled in the communication gas flow path 32 of the separator 18 is in a normal posture, and may be turned upside down, turned left and right, or turned upside down. Thus, erroneous assembly of the sealing plate 33 is prevented.
[0018]
Further, since the asymmetric shape is constituted by the projections 33a, the asymmetric shape can be easily formed without increasing the number of processing steps at the time of molding the resin sealing plate 33, and thus without substantially increasing the cost.
Further, since the projections 33a are set so as to protrude into the manifolds 30, 31, it is possible to visually confirm that the projections 33a are projecting into the manifolds 30, 31 at the module stage, and the sealing plate 33 is not assembled. Can also be detected at the same time.
[0019]
【The invention's effect】
According to the fuel cells of the first, second, and third aspects, since the sealing plate has an asymmetric shape, when the sealing plate is inserted into the jig, the sealing plate can be automatically corrected to a normal state, and It is possible to prevent erroneous assembly into the fuel cell.
According to the fuel cells of the second and third aspects, the asymmetric shape of the sealing plate is constituted by one or more projections, so that the asymmetric shape can be easily created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a fuel cell stack including a fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of the fuel cell stack of FIG.
FIG. 3 is a front view of a cell in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3) of a portion of the fuel cell in FIG. 1 where a sealing plate is provided.
FIG. 5 is a front view showing a relationship between a sealing plate and a manifold at a portion where the sealing plate of the fuel cell of the present invention is provided.
FIG. 6 is a front view of a sealing plate of the fuel cell according to the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 (Solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 Electrolyte membrane 12, 15 Catalyst layer 13, 16 Diffusion layer 14 Electrode (anode, fuel electrode)
17 electrodes (cathode, air electrode)
18 Separator 18a Chamfer 19 Cell 20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Stack 24 Fastening member (tension plate)
25 Volt 26 Refrigerant flow path (cooling water flow path)
27 Fuel gas passage 28 Oxidizing gas passage 29 Refrigerant manifold 29a Inlet 29b Outlet 30 Fuel gas manifold 30a Inlet 30b Outlet 31 Oxidizing gas manifold 31a Inlet 31b Outlet 32 Communication gas passage 33 Sealing plate (support plate) )
33a protrusion 34 adhesive 35 gasket

Claims

What is claimed is: 1. A fuel cell, comprising: a sealing plate provided in a communication gas passage connecting a gas passage and a gas manifold in a power generation region of the fuel cell, wherein the sealing plate has an asymmetric shape.

The fuel cell according to claim 1, wherein the asymmetric shape is one or more protrusions.

3. The fuel cell according to claim 2, wherein the protrusion extends in a surface direction of the sealing plate.