JP2004335179A

JP2004335179A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2004335179A
Application number: JP2003126561A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 広行田中; Tadashi Nishiyama; 忠志西山; Takaki Nakagawa; 尊基中川; Shigetoshi Sugita; 成利杉田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP4109569B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to effectively simplify an assembly process of a fuel cell and secure required sealing function and generating performance in an economical and compact structure. <P>SOLUTION: A first seal member 50 is integrated into an outer periphery edge part of a first metal separator 18 and a second seal member 56 is integrated into an outer periphery edge part of a second metal separator 20. An inlet flow channel function part 60 is provided with a plurality of convex rest parts fitted at the second seal member 56, and these rest parts 64 come in contact with a first plane part 52 of the first seal member 50 to constitute communicating channels for oxidant gas between each two rest parts 64. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層する発電セルを備え、前記発電セルには、積層方向に貫通して反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔および冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔が設けられる内部マニホールド型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質（電解質膜）の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この発電セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
発電セルにおいて、セパレータの面内には、各電極に対向して反応ガスを流すための反応ガス流路が設けられるとともに、隣接する発電セルを構成するセパレータ間には、前記発電セルを冷却する冷却媒体を流すための冷却媒体流路が設けられている。反応ガスは、酸化剤ガスおよび燃料ガスであり、反応ガス流路は、カソード側電極に対向して前記酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路と、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路とからなる。
【０００５】
一方、セパレータの周縁部には、該セパレータの積層方向に貫通して、燃料ガス流路に連通する反応ガス連通孔である燃料ガス供給連通孔および燃料ガス排出連通孔と、酸化剤ガス流路に連通する反応ガス連通孔である酸化剤ガス供給連通孔および酸化剤ガス排出連通孔と、冷却媒体流路に連通する冷却媒体供給連通孔および冷却媒体排出連通孔とが形成されている。
【０００６】
例えば、反応ガス流路と反応ガス連通孔とは、反応ガスを円滑かつ均等に流すために平行溝部等を有する連結流路を介して連通している。ところが、セパレータと電解質・電極構造体とを、シール部材を介装して締め付け固定する際に、このシール部材が連結流路内に進入してしまい、所望のシール性を維持することができず、しかも反応ガスが良好に流れないという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池スタックでは、図７に示すように、セパレータ１の面内に蛇行する反応ガス、例えば、酸化剤ガス流路２が形成されている。この酸化剤ガス流路２は、セパレータ１の周縁部に積層方向に貫通した酸化剤ガス供給用貫通孔３と酸化剤ガス排出用貫通孔４とに連通している。セパレータ１には、パッキン５が配置されており、このセパレータ１の面内で貫通孔３、４と酸化剤ガス流路２とを連通するとともに、他の貫通孔をこれらからシールしている。
【０００８】
貫通孔３、４と酸化剤ガス流路２とを連通する連結流路６ａ、６ｂには、この連結流路６ａ、６ｂを覆ってシール部材であるＳＵＳ板７が配置されている。ＳＵＳ板７は、長方形状に構成されており、それぞれ２箇所に耳部７ａ、７ｂが設けられるとともに、各耳部７ａ、７ｂは、セパレータ１に形成された段差部８に嵌合している。
【０００９】
このように、特許文献１では、ＳＵＳ板７が連結流路６ａ、６ｂを覆っているために、高分子膜（図示せず）およびパッキン５が酸化剤ガス流路２に落ち込むことがなく、所望のシール性を確保して、反応ガスの圧力損失の増大を防止することができる、としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２６６９１１号公報（段落［００２６］〜［００２８］、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、セパレータ１の連結流路６ａ、６ｂにそれぞれＳＵＳ板７が装着されており、前記ＳＵＳ板７の装着作業が煩雑である。特に、数十〜数百の発電セルが積層される場合には、ＳＵＳ板７の装着作業がさらに煩雑でかつ時間のかかるものとなってしまうとともに、コストが大幅に高騰するという問題がある。
【００１２】
しかも、連結流路６ａ、６ｂを覆ってＳＵＳ板７が装着されるために、この連結流路６ａ、６ｂの寸法を、前記ＳＵＳ板７の幅寸法より小さく設定することができない。従って、電極部面積率が低下して燃料電池全体の小型化および軽量化を図ることが困難である。
【００１３】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池の組立工程が有効に簡素化されるとともに、経済的かつコンパクトな構成で、所望のシール性および発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層する発電セルを備え、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記発電セル間に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成され、前記発電セルには、積層方向に貫通して前記反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔および前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔が設けられる。
【００１５】
一方の金属セパレータの両面には、外周縁部を覆って第１シールが一体化されるとともに、他方の金属セパレータの両面には、外周縁部を覆って第２シールが一体化される。そして、第１および第２シール間には、前記第１および第２シールが互いに接触した状態で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通させる流路機能部が形成される。
【００１６】
この流路機能部は、第１および第２シールが接触することにより形成される流路であり、例えば、平面シールと凸状シールとの間、凸状シールと凸状シールとの間、平面シールと円形状または矩形状のボス部との間、または、ボス部とボス部との間等に形成される。
【００１７】
従って、第１および第２シール自体が反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通させる流路機能部を構成するため、専用の金属板（例えば、ＳＵＳ板）等が不要になる。これにより、金属板等の装着工程が削減されて燃料電池の組立工程が大幅に簡素化されるとともに、所望のシール機能を確保することが可能になる。さらに、流路機能部の寸法を可及的に小さくすることができ、発電セル面内の電極部面積率を増加させることが可能になり、燃料電池の発電性能が容易に効率化される。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池では、流路機能部は、反応ガス流路と反応ガス連通孔との連通部位に対応して、少なくとも第１または第２シールに一体的に設けられる複数の凸状受部を備えている。このため、経済的かつ簡単な構成で、所望のシール性および発電性能を確保することができる。しかも、凸状受部は、他方のシールのシール機能に必要な面圧保持のための裏受け機能を有することが可能になる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池では、第１および第２シール間には、前記第１および第２シールが互いに接触した状態で、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とを連通させる流路機能部が形成される。従って、第１および第２シール自体が冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とを連通させる流路機能部を構成するため、専用の金属板（例えば、ＳＵＳ板）等が不要になる。
【００２０】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池では、流路機能部は、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔との連通部位に対応して、少なくとも第１または第２シールに一体的に設けられる複数の凸状受部を備えている。これにより、経済的かつ簡単な構成で、所望のシール性および発電性能を確保することができるとともに、凸状受部は裏受け機能を有することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る燃料電池では、電解質・電極構造体は、電解質膜を第１および第２の電極で挟持するとともに、前記第１の電極が前記第２の電極よりも小さな表面積に設定されており、所謂、段差ＭＥＡを構成している。
【００２２】
そして、第１シールは、電解質膜とセパレータとの間に配置される内側シールと、隣接するセパレータ間に配置される外側シールとを設ける。一方、第２シールは、第１シールの内側シールに対応する内側シールと、前記第１シールの外側シールに対応する内側シールとを設ける（本発明の請求項６に係る燃料電池）。これにより、発電セルの強度の向上を図るとともに、前記発電セル自体の薄型化が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の要部分解斜視説明図であり、図２は、複数の前記発電セル１２を矢印Ａ方向に積層してスタック化された燃料電池１０の要部断面説明図である。
【００２４】
図２および図３に示すように、燃料電池１０は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１４ａ、１４ｂが配置される。エンドプレート１４ａ、１４ｂは、図示しないタイロッドを介して固定されることにより、積層されている発電セル１２には、矢印Ａ方向に所定の締め付け荷重が付与される。
【００２５】
図１に示すように、発電セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６が、第１および第２金属セパレータ１８、２０に挟持されている。第１および第２金属セパレータ１８、２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成されており、厚さが、例えば、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００２６】
発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２７】
発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。アノード側電極３８は、カソード側電極４０よりも小さな表面積を有している。
【００２９】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００３０】
第１金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６側の面１８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直上方向に延在する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４２が設けられる（図１および図４参照）。図５に示すように、第２金属セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６側の面２０ａには、後述するように、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直上方向（矢印Ｃ方向）に延在する燃料ガス流路（反応ガス流路）４４が形成される。
【００３１】
図１および図６に示すように、第１金属セパレータ１８の面１８ｂと第２金属セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。この冷却媒体流路４６は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
【００３２】
図１および図４に示すように、第１金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第１金属セパレータ１８の外周縁部を周回して、第１シール部材（第１シール）５０が一体化される。第１シール部材５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、またはアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
【００３３】
第１シール部材５０は、第１金属セパレータ１８の面１８ａに一体化される第１平面部５２と、前記第１金属セパレータ１８の面１８ｂに一体化される第２平面部５４とを備える。第２平面部５４は、第１平面部５２よりも長尺に構成される。
【００３４】
図２に示すように、第１平面部５２は、電解質膜・電極構造体１６の外周端部から外部に離間した位置を周回する一方、第２平面部５４は、カソード側電極４０に所定の範囲にわたって重合する位置を周回する。図４に示すように、第１平面部５２は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを酸化剤ガス流路４２に連通して形成される一方、第２平面部５４は、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとを連通して形成される。
【００３５】
第２金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、図５に示すように、この第２金属セパレータ２０の外周縁部を周回して、第２シール部材（第２シール）５６が一体化される。この第２シール部材５６は、第２金属セパレータ２０の外周端部に近接して面２０ａに設けられる外側シール５８ａを備え、この外側シール５８ａから内方に所定の距離だけ離間して内側シール５８ｂが設けられる。
【００３６】
外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂは、先端先細り形状（リップ形状）、台形状または蒲鉾形状等、種々の形状に選択可能である。外側シール５８ａは、第１金属セパレータ１８に設けられている第１平面部５２に接触する一方、内側シール５８ｂは、電解質膜・電極構造体１６を構成する固体高分子電解質膜３６に直接接触する（図２参照）。
【００３７】
図５に示すように、外側シール５８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを囲繞する。内側シール５８ｂは、燃料ガス流路４４を囲繞するとともに、前記内側シール５８ｂと外側シール５８ａとの間には、電解質膜・電極構造体１６の外周端部が配置される。
【００３８】
第２金属セパレータ２０の面２０ｂには、外側シール５８ａに対応する外側シール５８ｃと、内側シール５８ｂに対応する内側シール５８ｄとが設けられる（図６参照）。外側シール５８ｃおよび内側シール５８ｄは、上記の外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂと同様の形状を有している。
【００３９】
図５に示すように、外側シール５８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス流路４２とを連通させる入口流路機能部６０と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと前記酸化剤ガス流路４２とを連通させる出口流路機能部６２とを備える。
【００４０】
入口流路機能部６０は、外側シール５８ａを矢印Ｃ方向に沿って断続的に切り欠くとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数の凸状受部６４を備え、この受部６４が第１平面部５２に接触して、各受部６４間に酸化剤ガス用の連通路が構成される（図３参照）。出口流路機能部６２は、同様に外側シール５８ａを部分的に切り欠くとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数の凸状受部６６を備える。受部６６は、第１平面部５２に接触して、各受部６６間に酸化剤ガス用の連通路が形成される。
【００４１】
入口流路機能部６０の受部６４と外側シール５８ｃのシール重合部６８とは、第２金属セパレータ２０の両面２０ａ、２０ｂで互いに重なり合っている。シール重合部６８とは、第２金属セパレータ２０を挟んで外側シール５８ａの受部６４に重なり合う外側シール５８ｃの一部分をいう。受部６４は、シール重合部６８と交差する方向に延在しかつ前記シール重合部６８の幅寸法よりも長尺に構成されており、前記受部６４と前記シール重合部６８とは、積層方向の荷重に対して積層方向のシール変形量が略同一に設定される。
【００４２】
出口流路機能部６２は、上記の入口流路機能部６０と同様に構成されており、第２金属セパレータ２０の両面２０ａ、２０ｂで互いに重なり合う各受部６６と外側シール５８ｃのシール重合部７０とは、積層方向の荷重に対して積層方向のシール変形量が略同一に設定される（図５参照）。
【００４３】
図６に示すように、第２金属セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体流路４６とを連通する入口流路機能部７２と、冷却媒体出口連通孔３２ｂと前記冷却媒体流路４６とを連通する出口流路機能部７４とが設けられる。入口流路機能部７２は、外側シール５８ｃおよび内側シール５８ｄを構成して矢印Ｃ方向に断続的に設けられるとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数の受部７６を備える。
【００４４】
出口流路機能部７４は、同様に、外側シール５８ｃおよび内側シール５８ｄを構成して矢印Ｃ方向に断続的に設けられるとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数の受部７８を備える。受部７６、７８は、第２平面部５４に接触して、各受部７６、７８間に冷却媒体用の連通路が形成される。
【００４５】
入口流路機能部７２は、面２０ａの外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂを構成するシール重合部８０ａ、８０ｂと、第２金属セパレータ２０を介装して重なり合っている。入口流路機能部７２を構成する各受部７６とシール重合部８０ａ、８０ｂとは、積層方向の荷重に対して積層方向のシール変形量が略同一に設定される。
【００４６】
同様に、出口流路機能部７４を構成する各受部７８は、第２金属セパレータ２０の両面２０ａ、２０ｂで外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂのシール重合部８２ａ、８２ｂと重なり合っている。受部７８とシール重合部８２ａ、８２ｂとは、積層方向の荷重に対して積層方向のシール変形量が略同一に設定される。
【００４７】
図６に示すように、面２０ｂでは、燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂの近傍に、入口流路機能部８４および出口流路機能部８６が設けられる。入口流路機能部８４は、矢印Ｃ方向に配列される複数の凸状受部８８を設ける一方、出口流路機能部８６は、同様に矢印Ｃ方向に配列される複数の凸状受部９０を備える。受部８８、９０は、第２平面部５４に接触して、各受部８８、９０間に燃料ガス用の連通路が形成される。
【００４８】
各受部８８は、第２金属セパレータ２０を挟んで外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂのシール重合部９２ａ、９２ｂと重なり合っている。各受部９０は、同様に第２金属セパレータ２０を挟んで外側シール５８ａおよび内側シール５８ｂのシール重合部９４ａ、９４ｂと重なり合っている。
【００４９】
入口流路機能部８４とシール重合部９２ａ、９２ｂ、および出口流路機能部８６とシール重合部９４ａ、９４ｂは、それぞれ積層方向の荷重に対して積層方向のシール変形量が略同一に設定され、具体的には、入口流路機能部７２と同様の構成を有している。入口流路機能部８４および出口流路機能部８６の近傍には、内側シール５８ｄの外方に位置して、それぞれ複数の供給孔部９６および排出孔部９８が形成される。供給孔部９６と排出孔部９８は、第２金属セパレータ２０の面２０ａで内側シール５８ｂの内方にかつ燃料ガス流路４４の入口側と出口側とに貫通形成される（図５参照）。
【００５０】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００５１】
まず、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５２】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第１金属セパレータ１８の酸化剤ガス流路４２に導入され（図３参照）、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直上方向に移動して電解質膜・電極構造体１６を構成するカソード側電極４０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部９６を通って第２金属セパレータ２０の燃料ガス流路４４に導入され（図２参照）、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直上方向に移動して電解質膜・電極構造体１６を構成するアノード側電極３８に供給される。
【００５３】
従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５４】
次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部９８を通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５５】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属セパレータ１８、２０間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５６】
この場合、本実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから酸化剤ガス流路４２に酸化剤ガスを供給するために、第２金属セパレータ２０の面２０ａには、入口流路機能部６０を構成する複数の受部６４が設けられている。この受部６４は、外側シール５８ａの一部を構成しており、図３に示すように、前記受部６４が第１金属セパレータ１８の面１８ａに設けられた第１平面部５２に接触して、各受部６６間に酸化剤ガス用の連通路が形成されている。
【００５７】
このため、入口流路機能部６０は、第２シール部材５６の一部（受部６４）と第１シール部材５０の一部（第１平面部５２）とから構成されており、この入口流路機能部６０を覆うために、従来のＳＵＳ板等の専用金属板を用いる必要がなく、前記金属板の装着工程が削減される。従って、燃料電池１０の組立工程が大幅に簡素化されるとともに、経済的かつ簡単な構成で、所望のシール機能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５８】
さらに、入口流路機能部６０の寸法を可及的に小さくすることができ、発電セル１２の面内の電極部面積率を増加させることが可能になって、燃料電池１０の発電性能が容易に効率化される。
【００５９】
さらにまた、入口流路機能部６０は、第２シール部材５６に一体的に設けられる複数の受部６４を備えている。これにより、発電セル１２は、経済的かつ簡単な構成で、所望のシール性および発電性能を確保することができる。しかも、受部６４は、外側シール５８ａを構成するシール重合部６８のシール機能に必要な面圧を保持するための裏受け機能を有している。
【００６０】
なお、出口流路機能部６２においても、上記の入口流路機能部６０と同様の効果が得られる。また、入口流路機能部７２、８４および出口流路機能部７４、８６においても、同様の効果が得られる。
【００６１】
これにより、本実施形態では、燃料電池１０の発電性能の安定化を図るとともに、簡単な構成で、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体の流量が均一化され、各発電セル１２毎の発電性能の均一化および安定化が確実に図られるという効果が得られる。
【００６２】
また、入口流路機能部６０は、第１および第２シール部材５０、５６が接触することにより形成される流路であり、例えば、平面シールと凸状シールとの間、凸状シールと凸状シールとの間、平面シールと円形状または矩形状のボス部との間、または、ボス部とボス部との間等に形成されてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、第１および第２シール自体が反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通させる流路機能部、または冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とを連通させる流路機能部を構成するため、専用の金属板（例えば、ＳＵＳ板）等が不要になる。
【００６４】
これにより、金属板等の装着工程が削減されて燃料電池の組立工程が大幅に簡素化されるとともに、所望のシール機能を確保することが可能になる。さらに、流路機能部の寸法を可及的に小さくすることができ、発電セル面内の電極部面積率を増加させることが可能になり、燃料電池の発電性能が容易に効率化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の要部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の他の部位の要部断面説明図である。
【図４】前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図５】前記発電セルを構成する第２金属セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図６】前記発電セルを構成する第２金属セパレータの他方の面の正面説明図である。
【図７】特許文献１に開示されたシール構造の説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池１２…発電セル
１６…電解質膜・電極構造体１８、２０…金属セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６…固体高分子電解質膜３８…アノード側電極
４０…カソード側電極４２…酸化剤ガス流路
４４…燃料ガス流路４６…冷却媒体流路
５０、５６…シール部材５２、５４…平面部
５８ａ、５８ｃ…外側シール５８ｂ、５８ｄ…内側シール
６０、７２、８４…入口流路機能部６２、７４、８６…出口流路機能部
６４、６６、７６、７８、８８、９０…受部
６８、７０、８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ、９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ…シール重合部
９６…供給孔部９８…排出孔部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention includes a power generation cell configured to stack an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a metal separator, and the power generation cell penetrates in a stacking direction and communicates with a reaction gas flow path. The present invention relates to an internal manifold fuel cell provided with a reaction gas communication hole and a cooling medium communication hole communicating with a cooling medium passage.
[0002]
[Prior art]
For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte (electrolyte membrane) composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). And a power generation cell sandwiched by separators. This type of fuel cell is generally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
[0003]
In this power generation cell, a fuel gas supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas), is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and passes through the electrolyte to the cathode side. Move to the electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
In the power generation cell, a reaction gas channel for flowing a reaction gas is provided in the plane of the separator so as to face each electrode, and the power generation cell is cooled between the separators constituting the adjacent power generation cells. A cooling medium passage for flowing the cooling medium is provided. The reaction gas is an oxidizing gas and a fuel gas, and the reaction gas flow path is an oxidizing gas flow path for flowing the oxidizing gas facing the cathode electrode, and the fuel gas flow is a fuel gas facing the anode electrode. And a fuel gas flow path for flowing gas.
[0005]
On the other hand, a fuel gas supply communication hole and a fuel gas discharge communication hole, which are reaction gas communication holes that penetrate in the stacking direction of the separator and communicate with the fuel gas flow passage, An oxidizing gas supply communication hole and an oxidizing gas discharge communication hole, which are reaction gas communication holes communicating with the cooling medium passage, and a cooling medium supply communication hole and a cooling medium discharge communication hole communicating with the cooling medium passage.
[0006]
For example, the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole communicate with each other via a connection flow path having a parallel groove or the like so that the reaction gas flows smoothly and uniformly. However, when the separator and the electrolyte / electrode structure are tightened and fixed by interposing a seal member, the seal member enters the connection flow path, and the desired sealing property cannot be maintained. In addition, there is a problem that the reaction gas does not flow well.
[0007]
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, a meandering reaction gas, for example, an oxidant gas flow path 2 is formed in the surface of the separator 1. . The oxidizing gas passage 2 communicates with an oxidizing gas supply through-hole 3 and an oxidizing gas discharge through-hole 4 that penetrate through the periphery of the separator 1 in the stacking direction. A packing 5 is disposed on the separator 1, and the through holes 3 and 4 communicate with the oxidant gas flow path 2 in the plane of the separator 1, and the other through holes are sealed therefrom.
[0008]
An SUS plate 7 serving as a seal member is disposed in the connection passages 6a and 6b that communicate the through holes 3 and 4 with the oxidizing gas passage 2 so as to cover the connection passages 6a and 6b. The SUS plate 7 is formed in a rectangular shape, and each of the ears 7a and 7b is provided at two places, and each of the ears 7a and 7b is fitted to a step 8 formed on the separator 1. .
[0009]
As described above, in Patent Document 1, since the SUS plate 7 covers the connection flow paths 6a and 6b, the polymer film (not shown) and the packing 5 do not fall into the oxidizing gas flow path 2, It is stated that a desired sealing property can be ensured and an increase in pressure loss of the reaction gas can be prevented.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-266911 A (paragraphs [0026] to [0028], FIG. 1)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Patent Document 1 described above, the SUS plate 7 is mounted on each of the connection flow paths 6a and 6b of the separator 1, and the mounting operation of the SUS plate 7 is complicated. In particular, when several tens to several hundreds of power generation cells are stacked, the work of mounting the SUS plate 7 becomes more complicated and time-consuming, and there is a problem that the cost is greatly increased.
[0012]
Moreover, since the SUS plate 7 is mounted so as to cover the connection passages 6a and 6b, the dimensions of the connection passages 6a and 6b cannot be set smaller than the width of the SUS plate 7. Therefore, it is difficult to reduce the size and weight of the entire fuel cell because the area ratio of the electrode portion is reduced.
[0013]
The present invention solves this kind of problem, and effectively simplifies the assembly process of a fuel cell, and can secure desired sealing properties and power generation performance with an economical and compact configuration. An object is to provide a fuel cell.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell according to claim 1 of the present invention includes a power generation cell in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a metal separator are stacked, wherein the electrolyte / electrode structure, the metal separator, A reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed along the electrode surface, and a cooling medium flow path for supplying a cooling medium between the power generation cells is formed between the power generation cells. A reaction gas communication hole penetrating in the stacking direction and communicating with the reaction gas flow path and a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow path are provided.
[0015]
A first seal is integrated on both surfaces of one metal separator so as to cover the outer peripheral edge, and a second seal is integrated on both surfaces of the other metal separator so as to cover the outer peripheral edge. A flow path functioning part is formed between the first and second seals for communicating the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole with the first and second seals in contact with each other.
[0016]
The flow path function portion is a flow path formed by the first and second seals being in contact with each other, and is, for example, between a flat seal and a convex seal, between a convex seal and a convex seal, It is formed between the seal and the circular or rectangular boss, or between the boss and the boss.
[0017]
Therefore, since the first and second seals themselves constitute a flow path functioning part that connects the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole, a dedicated metal plate (for example, a SUS plate) is not required. This reduces the number of steps for mounting a metal plate or the like, greatly simplifies the fuel cell assembly step, and ensures a desired sealing function. Furthermore, the size of the flow path function part can be made as small as possible, and the area ratio of the electrode part in the power generation cell surface can be increased, and the power generation performance of the fuel cell can be easily improved.
[0018]
Further, in the fuel cell according to claim 2 of the present invention, the flow path function portion is provided integrally with at least the first or second seal corresponding to a communication portion between the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole. A plurality of convex receiving portions. For this reason, desired sealing properties and power generation performance can be ensured with an economical and simple configuration. In addition, the convex receiving portion can have a backing function for maintaining the surface pressure necessary for the sealing function of the other seal.
[0019]
Further, in the fuel cell according to claim 3 of the present invention, the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole are communicated between the first and second seals in a state where the first and second seals are in contact with each other. A channel function part to be formed is formed. Therefore, since the first and second seals themselves constitute a flow path functioning part that connects the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole, a dedicated metal plate (for example, a SUS plate) is not required.
[0020]
Still further, in the fuel cell according to claim 4 of the present invention, the flow path function part is integrated with at least the first or second seal corresponding to a communication part between the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole. A plurality of convex receiving portions are provided. Thus, the desired sealing performance and power generation performance can be ensured with an economical and simple configuration, and the convex receiving portion can have a backing function.
[0021]
Further, in the fuel cell according to claim 5 of the present invention, the electrolyte electrode assembly sandwiches the electrolyte membrane between the first and second electrodes, and the first electrode is smaller than the second electrode. The surface area is set so as to constitute a so-called step MEA.
[0022]
Then, the first seal is provided with an inner seal disposed between the electrolyte membrane and the separator, and an outer seal disposed between adjacent separators. On the other hand, the second seal is provided with an inner seal corresponding to the inner seal of the first seal and an inner seal corresponding to the outer seal of the first seal (a fuel cell according to claim 6 of the present invention). As a result, the strength of the power generation cell is improved, and the power generation cell itself can be made thinner.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell 12 constituting a fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of a relevant part of the fuel cell 10 according to the first embodiment.
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell 10 has a plurality of power generation cells 12 stacked in the direction of arrow A, and end plates 14a and 14b arranged at both ends in the stacking direction. By fixing the end plates 14a and 14b via tie rods (not shown), a predetermined tightening load is applied to the stacked power generation cells 12 in the direction of arrow A.
[0025]
As shown in FIG. 1, the power generation cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 16 sandwiched between first and second metal separators 18 and 20. The first and second metal separators 18 and 20 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose metal surface is subjected to a surface treatment for anticorrosion, and has a thickness. For example, it is set in the range of 0.05 mm to 1.0 mm.
[0026]
One end of the power generation cell 12 in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, to oxidize an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. The agent gas inlet communication hole 30a, the cooling medium outlet communication hole 32b for discharging the cooling medium, and the fuel gas outlet communication hole 34b for discharging the fuel gas, for example, the hydrogen-containing gas, are arranged in the direction of arrow C (vertical direction). Are arranged in a row.
[0027]
The other end of the power generation cell 12 in the direction of the arrow B communicates with each other in the direction of the arrow A to provide a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying a fuel gas and a cooling medium inlet communication hole for supplying a cooling medium. 32a and an oxidizing gas outlet communication hole 30b for discharging the oxidizing gas are arranged in the arrow C direction.
[0028]
The electrolyte membrane / electrode structure 16 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, an anode 38 and a cathode 40 sandwiching the solid polymer electrolyte 36. And The anode 38 has a smaller surface area than the cathode 40.
[0029]
The anode electrode 38 and the cathode electrode 40 are composed of a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer in which porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer. And The electrode catalyst layers are joined to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36.
[0030]
On the surface 18a of the first metal separator 18 on the side of the electrolyte membrane / electrode structure 16, for example, an oxidizing gas flow path (reactive gas flow path) 42 extending vertically upward while meandering in the direction of arrow B is provided. (See FIGS. 1 and 4). As shown in FIG. 5, the surface 20a of the second metal separator 20 on the side of the electrolyte membrane / electrode structure 16 communicates with a fuel gas inlet communication hole 34a and a fuel gas outlet communication hole 34b, as described later. A fuel gas flow path (reactive gas flow path) 44 extending vertically upward (direction of arrow C) while meandering in the direction of arrow B is formed.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 6, between the surface 18b of the first metal separator 18 and the surface 20b of the second metal separator 20, the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b communicate with each other. A cooling medium passage 46 is formed. The cooling medium passage 46 extends linearly in the direction of arrow B.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 4, a first seal member (first seal) 50 is integrated with the surfaces 18 a and 18 b of the first metal separator 18 around the outer peripheral edge of the first metal separator 18. Be converted to The first sealing member 50 uses, for example, a sealing material, a cushion material, or a packing material such as EPDM, NBR, fluoro rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber. I do.
[0033]
The first seal member 50 includes a first flat portion 52 integrated with the surface 18 a of the first metal separator 18 and a second flat portion 54 integrated with the surface 18 b of the first metal separator 18. The second flat portion 54 is configured to be longer than the first flat portion 52.
[0034]
As shown in FIG. 2, the first flat portion 52 orbits a position separated from the outer peripheral end of the electrolyte membrane / electrode structure 16 to the outside, while the second flat portion 54 is provided at a predetermined position on the cathode 40. It circles the position where it polymerizes over the range. As shown in FIG. 4, the first flat portion 52 is formed by connecting the oxidizing gas inlet communication hole 30 a and the oxidizing gas outlet communication hole 30 b to the oxidizing gas channel 42, while the second flat portion 54 is formed. Are formed by connecting the cooling medium inlet communication holes 32a and the cooling medium outlet communication holes 32b.
[0035]
As shown in FIG. 5, a second seal member (second seal) 56 is integrated with the surfaces 20a and 20b of the second metal separator 20 around the outer peripheral edge of the second metal separator 20. . The second seal member 56 includes an outer seal 58a provided on the surface 20a adjacent to the outer peripheral end of the second metal separator 20, and is separated from the outer seal 58a by a predetermined distance inward and the inner seal 58b. Is provided.
[0036]
The outer seal 58a and the inner seal 58b can be selected into various shapes such as a tapered tip shape (lip shape), a trapezoidal shape, or a trapezoidal shape. The outer seal 58a contacts the first flat portion 52 provided on the first metal separator 18, while the inner seal 58b directly contacts the solid polymer electrolyte membrane 36 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 16. (See FIG. 2).
[0037]
As shown in FIG. 5, the outer seal 58a includes an oxidizing gas inlet communication hole 30a, a cooling medium outlet communication hole 32b, a fuel gas outlet communication hole 34b, a fuel gas inlet communication hole 34a, a cooling medium inlet communication hole 32a, and an oxidizing agent. It surrounds the gas outlet communication hole 30b. The inner seal 58b surrounds the fuel gas flow path 44, and the outer peripheral end of the electrolyte membrane / electrode structure 16 is disposed between the inner seal 58b and the outer seal 58a.
[0038]
An outer seal 58c corresponding to the outer seal 58a and an inner seal 58d corresponding to the inner seal 58b are provided on the surface 20b of the second metal separator 20 (see FIG. 6). The outer seal 58c and the inner seal 58d have the same shape as the outer seal 58a and the inner seal 58b.
[0039]
As shown in FIG. 5, the outer seal 58a includes an inlet flow path function part 60 for connecting the oxidizing gas inlet communication hole 30a and the oxidizing gas flow path 42, an oxidizing gas outlet communication hole 30b, and the oxidizing gas. An outlet flow path function part 62 for communicating with the flow path 42;
[0040]
The inlet channel function part 60 includes a plurality of convex receiving portions 64 extending in the direction of arrow B while intermittently cutting out the outer seal 58a in the direction of arrow C. In contact with the portion 52, a communication path for the oxidizing gas is formed between the receiving portions 64 (see FIG. 3). The outlet flow path function part 62 similarly has a plurality of convex receiving parts 66 extending in the direction of arrow B while partially cutting out the outer seal 58a. The receiving portions 66 are in contact with the first flat portion 52 to form a communication passage for the oxidizing gas between the receiving portions 66.
[0041]
The receiving portion 64 of the inlet channel function portion 60 and the seal overlapping portion 68 of the outer seal 58c overlap each other on both surfaces 20a and 20b of the second metal separator 20. The seal overlapping portion 68 refers to a part of the outer seal 58c that overlaps the receiving portion 64 of the outer seal 58a with the second metal separator 20 interposed therebetween. The receiving portion 64 extends in a direction intersecting the seal overlapping portion 68 and is longer than the width dimension of the seal overlapping portion 68. The receiving portion 64 and the seal overlapping portion 68 are laminated. The seal deformation amount in the stacking direction with respect to the load in the direction is set to be substantially the same.
[0042]
The outlet flow path function part 62 is configured in the same manner as the above-described inlet flow path function part 60, and each of the receiving parts 66 and the seal overlapping part 70 of the outer seal 58c that overlap each other on both surfaces 20a and 20b of the second metal separator 20. Means that the amount of seal deformation in the stacking direction is set to be substantially the same with respect to the load in the stacking direction (see FIG. 5).
[0043]
As shown in FIG. 6, on the surface 20 b of the second metal separator 20, an inlet channel function part 72 that connects the cooling medium inlet communication hole 32 a with the cooling medium channel 46, the cooling medium outlet communication hole 32 b, An outlet channel function unit 74 that communicates with the cooling medium channel 46 is provided. The inlet channel function part 72 includes an outer seal 58c and an inner seal 58d, which are provided intermittently in the arrow C direction, and include a plurality of receiving parts 76 extending in the arrow B direction.
[0044]
Similarly, the outlet flow path function part 74 is provided intermittently in the direction of arrow C to constitute the outer seal 58c and the inner seal 58d, and includes a plurality of receiving parts 78 extending in the direction of arrow B. The receiving portions 76 and 78 come into contact with the second flat portion 54 to form a communication passage for the cooling medium between the receiving portions 76 and 78.
[0045]
The inlet channel function part 72 overlaps the seal overlapping parts 80a and 80b constituting the outer seal 58a and the inner seal 58b of the surface 20a with the second metal separator 20 interposed therebetween. Each of the receiving portions 76 and the seal overlap portions 80a and 80b that constitute the inlet flow path function portion 72 have substantially the same amount of seal deformation in the stacking direction with respect to the load in the stacking direction.
[0046]
Similarly, the receiving portions 78 constituting the outlet flow path functioning portion 74 overlap the seal overlapping portions 82a and 82b of the outer seal 58a and the inner seal 58b on both surfaces 20a and 20b of the second metal separator 20. The receiving portion 78 and the seal overlapping portions 82a and 82b have substantially the same amount of seal deformation in the stacking direction with respect to the load in the stacking direction.
[0047]
As shown in FIG. 6, on the surface 20b, an inlet flow path function part 84 and an outlet flow path function part 86 are provided near the fuel gas inlet communication hole 34a and the fuel gas outlet communication hole 34b. The inlet flow path function part 84 is provided with a plurality of convex receiving parts 88 arranged in the arrow C direction, while the outlet flow path function part 86 is similarly provided with a plurality of convex receiving parts 90 arranged in the arrow C direction. Is provided. The receiving portions 88 and 90 are in contact with the second flat portion 54 to form a communication passage for the fuel gas between the receiving portions 88 and 90.
[0048]
Each receiving portion 88 overlaps the seal overlapping portions 92a and 92b of the outer seal 58a and the inner seal 58b with the second metal separator 20 interposed therebetween. Each of the receiving portions 90 similarly overlaps the seal overlapping portions 94a and 94b of the outer seal 58a and the inner seal 58b with the second metal separator 20 interposed therebetween.
[0049]
The inlet passage function unit 84 and the seal overlap units 92a and 92b, and the outlet passage function unit 86 and the seal overlap units 94a and 94b have the same amount of seal deformation in the stacking direction with respect to the load in the stacking direction. Specifically, it has a configuration similar to that of the inlet channel function section 72. A plurality of supply holes 96 and a plurality of discharge holes 98 are formed in the vicinity of the inlet passage function portion 84 and the outlet passage function portion 86, respectively, outside the inner seal 58d. The supply hole 96 and the discharge hole 98 are formed to penetrate inside the inner seal 58b on the surface 20a of the second metal separator 20 and on the inlet side and the outlet side of the fuel gas flow path 44 (see FIG. 5). .
[0050]
The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.
[0051]
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a, and an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.
[0052]
Therefore, the oxidizing gas is introduced into the oxidizing gas channel 42 of the first metal separator 18 from the oxidizing gas inlet communication hole 30a (see FIG. 3), and moves vertically upward while meandering in the direction of arrow B. To the cathode electrode 40 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 16. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 34a into the fuel gas flow path 44 of the second metal separator 20 through the supply hole 96 (see FIG. 2), and meanders in the direction of arrow B in the vertical upward direction. To the anode-side electrode 38 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 16.
[0053]
Therefore, in each of the electrolyte membrane / electrode structures 16, the oxidizing gas supplied to the cathode 40 and the fuel gas supplied to the anode 38 are consumed by the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. Power generation is performed.
[0054]
Next, the fuel gas supplied to the anode 38 and consumed is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b through the discharge hole 98. Similarly, the oxidizing gas supplied to the cathode 40 and consumed is discharged in the direction of arrow A along the oxidizing gas outlet communication hole 30b.
[0055]
The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a is introduced into the cooling medium flow path 46 between the first and second metal separators 18 and 20, and then flows in the arrow B direction. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b after cooling the electrolyte membrane / electrode structure 16.
[0056]
In this case, in the present embodiment, in order to supply the oxidizing gas from the oxidizing gas inlet communication hole 30a to the oxidizing gas flow path 42, the inlet flow path function part 60 is provided on the surface 20a of the second metal separator 20. A plurality of receiving portions 64 are provided. The receiving portion 64 constitutes a part of the outer seal 58a. As shown in FIG. 3, the receiving portion 64 comes into contact with the first flat portion 52 provided on the surface 18a of the first metal separator 18. Thus, a communication passage for the oxidizing gas is formed between the receiving portions 66.
[0057]
For this reason, the inlet flow path function part 60 is constituted by a part of the second seal member 56 (the receiving part 64) and a part of the first seal member 50 (the first flat part 52). There is no need to use a dedicated metal plate such as a conventional SUS plate in order to cover the road function unit 60, and the mounting process of the metal plate is reduced. Therefore, an effect is obtained that the assembly process of the fuel cell 10 is greatly simplified, and a desired sealing function can be secured with an economical and simple configuration.
[0058]
Furthermore, the size of the inlet flow path function part 60 can be made as small as possible, and the area ratio of the electrode part in the plane of the power generation cell 12 can be increased. Efficiency.
[0059]
Furthermore, the inlet flow path function part 60 includes a plurality of receiving parts 64 provided integrally with the second seal member 56. Thus, the power generation cell 12 can secure desired sealing properties and power generation performance with an economical and simple configuration. In addition, the receiving portion 64 has a backing function for maintaining a surface pressure necessary for a sealing function of the seal overlapping portion 68 constituting the outer seal 58a.
[0060]
In addition, the same effect as the above-described inlet channel function unit 60 can be obtained in the outlet channel function unit 62. In addition, the same effects can be obtained in the inlet channel function units 72 and 84 and the outlet channel function units 74 and 86.
[0061]
As a result, in the present embodiment, the power generation performance of the fuel cell 10 is stabilized, and the flow rates of the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium are made uniform with a simple configuration. The effect is obtained that the uniformity and stabilization of are ensured.
[0062]
In addition, the inlet channel function part 60 is a channel formed by the first and second seal members 50 and 56 being in contact with each other, and is, for example, between a planar seal and a convex seal, and a convex seal and a convex seal. It may be formed between the flat seal and the flat seal and the circular or rectangular boss, or between the boss and the boss.
[0063]
【The invention's effect】
In the fuel cell according to the present invention, the first and second seals themselves have a flow path functioning part that connects the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole, or a flow path that connects the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole. Since the functional unit is configured, a dedicated metal plate (for example, a SUS plate) is not required.
[0064]
This reduces the number of steps for mounting a metal plate or the like, greatly simplifies the fuel cell assembly step, and ensures a desired sealing function. Furthermore, the size of the flow path function part can be made as small as possible, and the area ratio of the electrode part in the power generation cell surface can be increased, and the power generation performance of the fuel cell can be easily improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell constituting a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory sectional view of a main part of the fuel cell.
FIG. 3 is an explanatory sectional view of a main part of another part of the fuel cell.
FIG. 4 is an explanatory front view of a first metal separator constituting the power generation cell.
FIG. 5 is an explanatory front view of one surface of a second metal separator constituting the power generation cell.
FIG. 6 is an explanatory front view of the other surface of the second metal separator constituting the power generation cell.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a seal structure disclosed in Patent Document 1.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 12 ... Power generation cell 16 ... Electrolyte membrane / electrode structure 18, 20 ... Metal separator 30a ... Oxidant gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet Communication hole 34a Fuel gas inlet communication hole 34b Fuel gas outlet communication hole 36 Solid polymer electrolyte membrane 38 Anode-side electrode 40 Cathode-side electrode 42 Oxidant gas channel 44 Fuel gas channel 46 Cooling medium Channels 50, 56: Seal members 52, 54: Planar portions 58a, 58c: Outer seals 58b, 58d: Inner seals 60, 72, 84: Inlet channel function portions 62, 74, 86: Outlet channel function portions 64, 66, 76, 78, 88, 90 ... receiving parts 68, 70, 80a, 80b, 82a, 82b, 92a, 92b, 94a, 94b ... seal overlapping part 96 ... supply hole part 8 ... discharge holes

Claims

A power generation cell is provided in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is provided between a pair of electrodes and a pair of metal separators are stacked. A reaction gas flow path for supplying a gas is formed, and a cooling medium flow path for supplying a cooling medium is formed between the power generation cells. An internal manifold type fuel cell provided with a reaction gas communication hole communicating with a passage and a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow path,
On both surfaces of one metal separator, a first seal is integrated over the outer peripheral edge, and on both surfaces of the other metal separator, a second seal is integrated over the outer peripheral edge,
A flow path functioning part is formed between the first and second seals for connecting the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole in a state where the first and second seals are in contact with each other. Characteristic fuel cell.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the flow path function unit is provided integrally with at least the first or second seal corresponding to a communication portion between the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole. 3. A fuel cell comprising a plurality of convex receiving portions.

A power generation cell is provided in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is provided between a pair of electrodes and a pair of metal separators are stacked. A reaction gas flow path for supplying a gas is formed, and a cooling medium flow path for supplying a cooling medium is formed between the power generation cells. An internal manifold type fuel cell provided with a reaction gas communication hole communicating with a passage and a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow path,
On both surfaces of one metal separator, a first seal is integrated over the outer peripheral edge, and on both surfaces of the other metal separator, a second seal is integrated over the outer peripheral edge,
A flow path functioning part is formed between the first and second seals for communicating the cooling medium flow path with the cooling medium communication hole in a state where the first and second seals are in contact with each other. Characteristic fuel cell.

4. The fuel cell according to claim 3, wherein the flow path function unit is provided integrally with at least the first or second seal corresponding to a communication portion between the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole. 5. A fuel cell comprising a plurality of convex receiving portions.

5. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte-electrode structure sandwiches an electrolyte membrane between first and second electrodes, and the first electrode is connected to the second electrode. 6. It is set to a smaller surface area than the electrode,
The first seal, an inner seal disposed between the electrolyte membrane and the separator,
An outer seal disposed between adjacent separators,
A fuel cell, comprising:

6. The fuel cell according to claim 5, wherein the second seal includes an inner seal corresponding to the inner seal of the first seal,
An inner seal corresponding to the outer seal of the first seal;
A fuel cell, comprising: