JP2006216491A - Separator of fuel cell and manufacturing method of separator of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池のセパレータに関し、特にセパレータの加工を容易にする技術に関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly to a technique for facilitating the processing of the separator.
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する2つの電極(カソード極とアノード極)に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式(1)および式(2)に示す反応が行なわれ、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。 A fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, supplies a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen to two electrodes (cathode electrode and anode electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. Thus, the reactions shown in the following formulas (1) and (2) are performed, and the chemical energy of the substance is directly converted into electric energy.
カソード反応(酸素極):2H++2e−+(1/2)O2→H2O ...(1)
アノード反応(燃料極):H2→2H++2e− ...(2)
Cathode reaction (oxygen electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (1)
Anode reaction (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e − (2)
かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜電極接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly )およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。 As a main structure of such a fuel cell, a so-called stack structure has been developed in which a substantially flat membrane electrode assembly (MEA) and a separator are stacked and fastened in the stacking direction.
ここで、燃料電池のセパレータとして、アノード側のプレートと、カソード側のプレートと、両プレートに挟まれた中間プレートとから構成された3層構造を有するものが知られている(例えば、特許文献1)。この3層構造のセパレータは、アノード側およびカソード側のプレートの表面に、ハーフエッチング加工により形成された反応ガス流路を備えている。そして、中間プレートに設けられた受け渡し流路と上述した反応ガス流路の端部に設けられた長孔形状のガス供給孔とを介して、反応ガスを反応ガス流路に分配している。 Here, as a separator of a fuel cell, a separator having a three-layer structure including an anode side plate, a cathode side plate, and an intermediate plate sandwiched between both plates is known (for example, Patent Documents). 1). This separator having a three-layer structure includes reaction gas passages formed by half-etching on the surfaces of the anode-side and cathode-side plates. Then, the reaction gas is distributed to the reaction gas passage through the delivery passage provided in the intermediate plate and the long hole-shaped gas supply hole provided at the end of the reaction gas passage described above.
しかしながら、上記従来の技術では、アノード側およびカソード側のプレートの反応ガス流路をハーフエッチングにより加工しているため、作製のための加工工数が大きくなる問題があった。また、ハーフエッチングの加工性を考慮してアノード側およびカソード側のプレートの材料を選択する必要があるため、材料選択が制限され、耐食性が犠牲になるおそれがあった。 However, in the above conventional technique, since the reaction gas flow paths of the anode side and cathode side plates are processed by half etching, there is a problem that the number of processing steps for manufacturing increases. In addition, since it is necessary to select materials for the anode side and cathode side plates in consideration of the workability of half-etching, the material selection is limited, and corrosion resistance may be sacrificed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池のセパレータにおいて、燃料電池のセパレータの加工を容易にすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to facilitate the processing of a fuel cell separator in a fuel cell separator.
上記課題を解決するために本発明の第1の態様は、カソード極との対向面を有するカソード対向プレートと、アノード極との対向面を有するアノード対向プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池のセパレータを提供する。本発明の第1の態様に係るセパレータは、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部と、を備え、前記カソード対向プレートは、塑性加工により形成されると共に前記カソード極との間に酸化ガス流路を形成する凸凹形状を有する第1の凹凸形状部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、を備え、前記アノード対向プレートは、塑性加工により形成されると共に前記アノード極との間に燃料ガス流路を形成する凸凹形状を有する第2の凹凸形状部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス流路とを連通する燃料ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出流路と前記燃料ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention includes a cathode facing plate having a facing surface with a cathode electrode, an anode facing plate having a facing surface with an anode electrode, the cathode facing plate and the anode facing. Provided is a fuel cell separator including an intermediate plate sandwiched between plates. The separator according to the first aspect of the present invention includes an oxidizing gas supply manifold, an oxidizing gas discharge manifold, a fuel gas supply manifold, and a fuel gas that penetrate the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in the thickness direction. A discharge manifold, and the intermediate plate penetrates in the thickness direction and an oxidizing gas supply flow path forming portion that forms an oxidizing gas supply flow path communicating with the oxidizing gas supply manifold. And an oxidizing gas discharge channel forming portion that forms an oxidizing gas discharge channel that communicates with the oxidizing gas discharge manifold, and a fuel gas supply channel that penetrates in the thickness direction and communicates with the fuel gas supply manifold. A fuel gas supply flow path forming portion that penetrates in the thickness direction and communicates with the fuel gas discharge manifold. A fuel gas discharge flow path forming portion that forms a fuel gas discharge flow path, and the cathode facing plate is formed by plastic working and has an uneven shape that forms an oxidizing gas flow path with the cathode electrode A first concavo-convex shape portion having a thickness direction, an oxidant gas supply hole communicating with the oxidant gas supply channel and the oxidant gas channel, and a thickness direction, and the oxidation An oxidant gas discharge hole communicating with the oxidant gas channel, and the anode facing plate is formed by plastic working and forms a fuel gas channel between the anode electrode and the anode electrode plate While passing in the thickness direction, the second concavo-convex shape portion having an uneven shape, and the fuel gas supply hole that communicates the fuel gas supply channel and the fuel gas channel, and through the thickness direction, The fuel And oxidizing gas discharge hole communicating scan discharge passage and with said fuel gas flow channel, characterized in that it comprises a.
本発明の第1の態様に係るセパレータは、酸化ガスが供給されてから排出されるまでの経路(以下、カソード系という。)の全て(酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路−酸化ガス供給孔−酸化ガス流路−酸化ガス排出孔−酸化ガス排出流路−酸化ガス排出マニホールド)および燃料ガスが供給されてから排出されるまでの経路(以下、アノード系という。)の全て(燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路−燃料ガス供給孔−燃料ガス流路−燃料ガス排出孔−燃料ガス排出流路−燃料ガス排出マニホールド)が、3枚のプレートをそれぞれ厚さ方向に貫通する貫通部と、塑性加工により形成された凸凹形状部のみによって形成される。これによって、カソード系およびアノード系を容易で生産性の高い加工法のみを用いて加工することができる。 In the separator according to the first aspect of the present invention, all of the path (hereinafter referred to as the cathode system) from when the oxidizing gas is supplied to when it is discharged (hereinafter referred to as a cathode system) (oxidizing gas supply manifold-oxidizing gas supply flow path-oxidizing gas supply). (Hole-oxidizing gas flow path-oxidizing gas discharge hole-oxidizing gas discharge flow path-oxidizing gas discharge manifold) and all the paths (hereinafter referred to as anode system) from when the fuel gas is supplied to the exhaust gas (hereinafter referred to as anode system) Supply manifold-fuel gas supply flow path-fuel gas supply hole-fuel gas flow path-fuel gas discharge hole-fuel gas discharge flow path-fuel gas discharge manifold) penetrates the three plates in the thickness direction, respectively. It is formed only by the part and the uneven part formed by plastic working. As a result, the cathode system and the anode system can be processed using only an easy and highly productive processing method.
本発明の第1の態様に係るセパレータにおいて、前記中間プレートは、平面視において前記第1の凸凹形状部および前記第2の凸凹形状部の外周を囲む環状の形状を有し、前記酸化ガス流路は、前記第1の凸凹形状部の凹部によって形成され、前記燃料ガス流路は、前記第2の凸凹形状部の凹部によって形成され、前記アノード対向プレートと前記アノード対向プレートにおける前記中間プレート側の面は、前記第1の凹凸形状部と前記第2の凸凹形状部における凹部において、互いに当接しても良い。こうすれば、アノード対向プレートとカソード対向プレートが直接当接することによって、セパレータの導電性が確保される。 In the separator according to the first aspect of the present invention, the intermediate plate has an annular shape that surrounds outer peripheries of the first uneven portion and the second uneven portion in plan view, and the oxidizing gas flow The passage is formed by a recess of the first uneven shape portion, and the fuel gas flow path is formed by a recess of the second uneven shape portion, and the intermediate plate side of the anode facing plate and the anode facing plate These surfaces may be in contact with each other in the concave portions in the first concavo-convex shape portion and the second concavo-convex shape portion. By so doing, the conductivity of the separator is ensured by the direct contact between the anode facing plate and the cathode facing plate.
本発明の第1の態様に係るセパレータにおいて、前記第1の凹凸形状部の凸部と前記第2の凹凸形状部の凸部とによって、前記カソードプレートと前記アノードプレートとの間に冷却媒体流路を形成し、前記セパレータは、さらに、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドと、を備え、前記中間プレートは、さらに、厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体流路とを連通する冷却媒体供給流路を形成する冷却媒体供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体排出マニホールドと前記冷却媒体流路とを連通する冷却媒体排出流路を形成する冷却媒体排出流路形成部と、を備えても良い。こうすれば、さらに、燃料電池を冷却するための冷却媒体が供給されてから排出されるまでの経路(以下、冷却系という。)の全て(冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体供給流路−冷却媒体流路−冷却媒体排出流路−冷却媒体排出マニホールド)が、3枚のプレートをそれぞれ厚さ方向に貫通する貫通部と、塑性加工により形成された凸凹形状部のみによって形成される。これによって、冷却系も容易で生産性の高い加工法のみを用いて加工することができる。 In the separator according to the first aspect of the present invention, a cooling medium flow is caused between the cathode plate and the anode plate by the convex portions of the first concave-convex shape portion and the convex portions of the second concave-convex shape portion. The separator further includes a cooling medium supply manifold penetrating the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in a thickness direction, and a cooling medium discharge manifold, and the intermediate plate Further penetrates in the thickness direction and a cooling medium supply flow path forming portion that forms a cooling medium supply flow path that communicates the cooling medium supply manifold and the cooling medium flow path. And a cooling medium discharge flow path forming section that forms a cooling medium discharge flow path that communicates the cooling medium discharge manifold and the cooling medium flow path. And it may be. In this way, all of the path (hereinafter referred to as a cooling system) from when the cooling medium for cooling the fuel cell is supplied to when it is discharged (hereinafter referred to as a cooling system) (cooling medium supply manifold-cooling medium supply flow path-cooling medium). (Flow path-cooling medium discharge flow path-cooling medium discharge manifold) is formed by only through portions that penetrate the three plates in the thickness direction and uneven portions formed by plastic working. Thus, the processing can be performed using only a processing method that is easy in cooling system and high in productivity.
本発明の第1の態様に係るセパレータにおいて、前記第1の凹凸形状部および前記第2の凹凸形状部の外周部は、燃料電池を構成する際に、前記セパレータと隣接する部品との間をシールするシール材が当接する外周シール部であり、各マニホールドは、前記外周シール部の外側に位置し、各供給孔および各排出孔は、前記発電部外周シール部の内側に位置しても良い。こうすれば、各供給流路および各排出流路は、セパレータの内部からシール部をトンネルするので、シール材との当接部は平面とすることができ、シール性が向上する。 The separator which concerns on the 1st aspect of this invention WHEREIN: When the outer peripheral part of the said 1st uneven | corrugated shaped part and the said 2nd uneven | corrugated shaped part comprises a fuel cell, when comprised between the said separator and adjacent components. It is an outer periphery seal part which the sealing material to seal contact | abuts, each manifold may be located in the outer side of the said outer periphery seal part, and each supply hole and each discharge hole may be located inside the said electric power generation part outer periphery seal part. . In this way, each supply channel and each discharge channel tunnels the seal portion from the inside of the separator, so that the contact portion with the seal material can be flat, and the sealing performance is improved.
本発明の第1の態様に係るセパレータにおいて、各供給流路形成部および各排出流路形成部は、前記外周シール部のシール方向に複数個並んで配置されていても良い。こうすれば、シール部におけるセパレータの内部において、各種供給流路または排出流路が形成された空間部と流路が形成されていない緻密部と、シール方向に複数個交互に並んで配置されるで、アノード対向プレートやカソード対向プレートの変形を抑制することができる。 In the separator according to the first aspect of the present invention, a plurality of the supply flow path forming portions and the respective discharge flow path forming portions may be arranged side by side in the sealing direction of the outer peripheral seal portion. In this way, inside the separator in the seal portion, a space portion in which various supply flow channels or discharge flow channels are formed, a dense portion in which no flow channel is formed, and a plurality of them are alternately arranged in the seal direction. Thus, deformation of the anode facing plate and the cathode facing plate can be suppressed.
本発明の第2の態様は、カソード極との対向面を有するカソード対向プレートと、アノード極との対向面を有するアノード対向プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートとに挟持される中間プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部と、を備え、前記カソード対向プレートは、前記カソード極との間に酸化ガス流路を形成する凸凹形状を有する第1の凹凸形状部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、を備え、前記アノード対向プレートは、前記アノード極との間に燃料ガス流路を形成する凸凹形状を有する第2の凹凸形状部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス流路とを連通する燃料ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出流路と前記燃料ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、を備える燃料電池のセパレータの製造方法を提供する。本発明の第2の態様に係るセパレータの製造方法は、前記カソード対向プレートにおける前記第1の凹凸形状部と、前記アノード対向プレートにおける前記第2の凹凸形状部は、塑性加工により形成されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a cathode facing plate having a surface facing the cathode electrode, an anode facing plate having a surface facing the anode electrode, and an intermediate sandwiched between the cathode facing plate and the anode facing plate. A plate, an oxidant gas supply manifold, an oxidant gas discharge manifold, a fuel gas supply manifold, and a fuel gas discharge manifold that penetrate the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in a thickness direction, Passes through in the thickness direction and forms an oxidizing gas supply flow path forming portion that forms an oxidizing gas supply flow path that communicates with the oxidizing gas supply manifold, and penetrates in the thickness direction and communicates with the oxidizing gas discharge manifold. Oxidizing gas discharge channel forming part for forming oxidizing gas discharging channel and thickness direction A fuel gas supply flow path forming portion that forms a fuel gas supply flow path that communicates with the fuel gas supply manifold, and a fuel gas discharge flow that penetrates in the thickness direction and communicates with the fuel gas discharge manifold A fuel gas discharge flow path forming portion that forms a path, and the cathode facing plate has a first concavo-convex shape portion having a convex and concave shape that forms an oxidizing gas flow path between the cathode electrode and the cathode electrode, and a thickness An oxidant gas supply hole that penetrates in the direction and communicates with the oxidant gas supply channel and the oxidant gas channel, and penetrates in the thickness direction and includes the oxidant gas discharge channel and the oxidant gas channel. An oxidant gas discharge hole communicating therewith, and the anode facing plate penetrates in the thickness direction with a second concavo-convex shape part having a concavo-convex shape forming a fuel gas flow channel between the anode counter plate and the anode electrode. In addition, a fuel gas supply hole that communicates the fuel gas supply channel and the fuel gas channel, and an oxidizing gas that penetrates in the thickness direction and communicates the fuel gas discharge channel and the fuel gas channel. A method for manufacturing a separator for a fuel cell comprising a discharge hole is provided. In the separator manufacturing method according to the second aspect of the present invention, the first uneven shape portion in the cathode facing plate and the second uneven shape portion in the anode facing plate are formed by plastic working. It is characterized by.
こうすれば、酸化ガス流路および燃料ガス流路を、容易で生産性の高い塑性加工によって加工するので、セパレータの生産性を向上することができる。 By so doing, the oxidizing gas flow path and the fuel gas flow path are processed by easy and highly productive plastic working, so that the productivity of the separator can be improved.
以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a separator according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A.実施例
・燃料電池およびセパレータの構成:
図1〜図4を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の概略構成について説明する。図1は、実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図である。図2は、実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図である。図3は、実施例に係るセパレータを構成するカソード対向プレートおよびアノード対向プレートの平面図である。図4は、セパレータを構成する中間プレートと、シール一体型膜電極接合体(以下、膜電極接合体をMEA(Membrane-Electrode Assembly )ともいう。)の平面図である。
A. Example / Configuration of Fuel Cell and Separator:
With reference to FIGS. 1-4, the schematic structure of the fuel cell comprised using the separator concerning an Example and the separator concerning an Example is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an external configuration of a fuel cell configured using a separator according to an embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of modules constituting the fuel cell in the embodiment. FIG. 3 is a plan view of a cathode facing plate and an anode facing plate constituting the separator according to the embodiment. FIG. 4 is a plan view of an intermediate plate constituting the separator and a seal-integrated membrane electrode assembly (hereinafter, the membrane electrode assembly is also referred to as MEA (Membrane-Electrode Assembly)).
燃料電池10は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池10は、モジュール20と、エンドプレート30と、テンションプレート31と、インシュレータ33と、ターミナル34とを備えている。モジュール20は、インシュレータ33およびターミナル34を挟んで、2枚のエンドプレート30によって挟持される。すなわち、燃料電池10は、モジュール20が、複数個積層された層状構造を有している。また、テンションプレート31がボルト32によって各エンドプレート30に結合されることによって、各モジュール20は、積層方向に所定の圧縮力で締結される。
The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency. The fuel cell 10 includes a
燃料電池10には、電池反応に供される反応ガス(燃料ガスと酸化ガス)と、燃料電池10を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池10のアノードには、高圧水素を貯蔵した水素タンク210から、配管250を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク210の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。配管250には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ220および調圧バルブ230が配置されている。燃料電池10のアノードから排出された水素は、配管260を介して配管250に戻され、再び燃料電池10に循環される。配管260上には、循環のための循環ポンプ240が配置されている。
The fuel cell 10 is supplied with a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) used for a cell reaction and a cooling medium for cooling the fuel cell 10. Briefly, hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell 10 from a hydrogen tank 210 storing high-pressure hydrogen via a
燃料電池10のカソードには、エアポンプ310から、配管350を介して、酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池10のカソードから排出された空気は、配管360を介して大気中に放出される。燃料電池10には、さらに、ラジエータ420から、配管450を介して、冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。燃料電池10から排出された冷却媒体は、配管460を介して、ラジエータ420に送られ、再び燃料電池10に循環される。配管460上には、循環のための循環ポンプ410が配置されている。
Air as an oxidizing gas is supplied from the
モジュール20は、図2に示すように、セパレータ25とシール一体型MEA21を交互に積層して構成される。
As shown in FIG. 2, the
セパレータ25は、図2に示すように、シール一体型MEA21のカソード極との対向面を有するカソード対向プレート22と、アノード極との対向面を有するアノード対向プレート23と、カソード対向プレート22とアノード対向プレート23とに挟持される中間プレート24とを備えている。これらの3枚の板は重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。
As shown in FIG. 2, the
カソード対向プレート22は、略四角形の金属製の薄板である。本実施例では、金属製の薄板としては、SUS(ステンレス)板を用いる。カソード対向プレート22は、図3(a)に示すように、左右の端部に、セパレータ25を構成する際に各種マニホールドを形成する燃料ガス供給マニホールド形成部221aと、燃料ガス排出マニホールド形成部221bと、酸化ガス供給マニホールド形成部222aと、酸化ガス排出マニホールド形成部222bと、冷却媒体供給マニホールド形成部223aと、冷却媒体排出マニホールド形成部223bとを有している。カソード対向プレート22は、さらに、上述した酸化ガス供給マニホールド形成部222aより中央側に複数個並んで形成された酸化ガス供給孔225と、酸化ガス排出マニホールド形成部222bより中央側に複数個並んで形成された酸化ガス排出孔226とを有している。これらの各種マニホールド形成部、酸化ガス供給孔225、酸化ガス排出孔226は、全てカソード対向プレート22を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されており、打ち抜き加工により形成可能である。
The
カソード対向プレート22は、燃料電池を構成する際にMEA(カソード極)と対向する発電部に、図2に示すように凸部と凹部が連続する形状(以下、凹凸形状という。)を有している。カソード対向プレート22の凸凹形状を有している部分(発電部)を、第1の凸凹形状部と呼ぶものとする。図2および図3(a)に示すように、第1の凹凸形状部によって、カソード対向プレート22には、MEAとの対向面における酸化ガス流路形成部229aと、その反対面における冷却媒体流路形成部229bとが、上下方向に交互に形成される。ここで、本明細書において、第1の凸凹形状部のうち、酸化ガス流路形成部229aを形成する部分(中間プレート24との対向面側に突出している部分)を凹部とし、冷却媒体流路形成部229bを形成する部分(カソード極との対向面側に突出している部分)を凸部と呼ぶことにする。第1の凹凸形状部の凸部は、中間プレート24との対向面に、断面形状が略矩形状の溝を形成し、第1の凹凸形状部の凹部は、カソード極との対向面に、断面形状が略矩形状の溝を形成する。第1の凸凹形状部は、プレス加工に代表される塑性加工により形成される。
The
アノード対向プレート23は、カソード対向プレート22と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート22と同じものを用いることができる。アノード対向プレート23は、図3(b)に示すように、カソード対向プレート22と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部231aと、燃料ガス排出マニホールド形成部231bと、酸化ガス供給マニホールド形成部232aと、酸化ガス排出マニホールド形成部232bと、冷却媒体供給マニホールド形成部233aと、冷却媒体排出マニホールド形成部233bとを有している。アノード対向プレート23は、さらに、上述した燃料ガス供給マニホールド形成部231aより中央側に複数個並んで形成された燃料ガス供給孔237と、燃料ガス排出マニホールド形成部231bより中央側に複数個並んで形成された燃料ガス排出孔238とを有している。これらの各種マニホールド形成部、燃料ガス供給孔237、燃料ガス排出孔238は、全てアノード対向プレート23を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されており、打ち抜き加工により形成可能である。
The
アノード対向プレート23は、カソード対向プレート22と同様に、燃料電池を構成する際にMEAと対向する発電部に凸凹形状を有している(図2参照)。アノード対向プレート23の凸凹形状を有している部分(発電部)を、第2の凸凹形状部と呼ぶものとする。図2および図3(b)に示すように、第2の凸凹形状部によって、アノード対向プレート23には、MEAとの対向面における燃料ガス流路形成部239aと、その反対面における冷却媒体流路形成部239bとが、上下方向に交互に形成される。ここで、本明細書において、第2の凸凹形状部のうち、燃料ガス流路形成部239aを形成する部分(中間プレート24との対向面側に突出している部分)を凹部とし、冷却媒体流路形成部239bを形成する部分(アノード極との対向面側に突出している部分)を凸部と呼ぶことにする。第2の凹凸形状部の凸部は、中間プレート24との対向面に、断面形状が略矩形状の溝を形成し、第2の凹凸形状部の凹部は、アノード極との対向面に、断面形状が略矩形状の溝を形成する。第2の凸凹形状部は、プレス加工に代表される塑性加工により形成される。
Similar to the
中間プレート24は、カソード対向プレート22およびアノード対向プレート23と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料は、カソード対向プレート22およびアノード対向プレート23と同じものを用いることができる。中間プレート24は、図3(c)に示すように、カソード対向プレート22およびアノード対向プレート23と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部241aと、燃料ガス供給マニホールド形成部241aと、酸化ガス供給マニホールド形成部242aと、酸化ガス排出マニホールド形成部242bとを有している。
The
中間プレート24には、図4(a)に示すように、酸化ガス供給マニホールド形成部242aと一端が連通し、酸化ガス供給マニホールド形成部242aから中央方向に向かって形成された長孔である酸化ガス供給流路形成部245が複数個並んで形成されている。また、中間プレート24は、酸化ガス供給流路形成部245と同様な形状を有する長孔として、酸化ガス排出マニホールド形成部242bと一端が連通する酸化ガス排出流路形成部246と、燃料ガス供給マニホールド形成部241aと一端が連通する燃料ガス供給流路形成部247と、燃料ガス排出マニホールド形成部241bと一端が連通する燃料ガス排出流路形成部248とを有している。
As shown in FIG. 4A, the
中間プレート24は、図4(a)に示すように、燃料電池を構成する際にMEAと対向する発電部がくり抜かれた発電部貫通部249を有している。これによって、中間プレート24は、セパレータ25を構成する際に、平面視においてカソード対向プレート22における第1の凸凹形状部(発電部)およびアノード対向プレート23における第2の凸凹形状部(発電部)の外周部を囲む環状の形状を有すこととなる。発電部貫通部249によって、セパレータ25は、カソード対向プレート22の第1の凸凹形状部とアノード対向プレート23の第2の凸凹形状部とが、当接可能に構成される。詳しく説明すると、図2に示すように、第1の凸凹形状部における凹部と、第2の凸凹形状部における凹部とが、互いに当接する。言い換えれば、酸化ガス流路形成部229aの背面と、冷却媒体流路形成部239bの背面とが互いに当接する。
As shown in FIG. 4A, the
中間プレート24は、さらに、一端が上述した発電部貫通部249に連通し、他端が中間プレート24の図4(a)における左側端部近傍に位置する長孔である冷却媒体供給流路形成部244aを有している。中間プレート24は、さらに、一端が上述した発電部貫通部249に連通し、他端が中間プレート24の図4(a)における右側端部近傍に位置する長孔である冷却媒体排出流路形成部244bを有している。冷却媒体供給流路形成部244aおよび冷却媒体排出流路形成部244bは、図4(a)における上下方向に複数個並んで形成されている。
The
中間プレート24における上述した各種マニホールド形成部と、各種流路形成部は、全てアノード対向プレート23を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。中間プレート24は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。従って、中間プレート24は、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製可能である。
The above-described various manifold forming portions and various flow path forming portions in the
シール一体型MEA21は、図4(b)に示すように、MEAと、MEAの外周縁部に接合されたシール部50とを備えている。MEAは、図2に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜211と、電解質膜211の一方の面に配置された触媒層からなる電極(例えば、アノード極、図示せず)、電解質膜211の他方の面に配置された触媒層からなる電極(例えば、カソード極、図示せず)、各触媒層のセパレータ対向面に配置された拡散層212とを備えている。拡散層212は、例えば、金属製(例えば、チタン)多孔体またはカーボン製多孔体を用いて構成し得る。
As shown in FIG. 4B, the seal-integrated
シール部50は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料が用いられる。シール部50は、金型のキャビティにMEAの外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、MEAとシール部50とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。シール部50は、カソード対向プレート22、アノード対向プレート23と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部501a、酸化ガス排出マニホールド形成部501b、燃料ガス供給マニホールド形成部502a、冷却媒体供給マニホールド形成部503a、冷却媒体排出マニホールド形成部503bを有している。シール部50は、図2に示すように、燃料電池10を構成する際に、一方の面に当接する一のセパレータ25と他方の面に当接するセパレータ25との間をシールしている。シール部50は、図4(b)に示すように、MEAの外周(セパレータ25から見れば、第1および第2の凸凹形状部の外周)と、各マニホールドの外周を囲むようにシールしている。図3(d)では、図を見やすくするため、シール部50のセパレータ25と当接部を結ぶシール線SLのみを示している。
For the
図5〜図7を参照して、セパレータ25に形成される各種流路の構成について説明する。図5は、実施例に係るセパレータとシール一体型MEAを重ねた様子を示す平面図および断面図である。図6は、図5におけるB−B断面、C−C断面、D−D断面、E−E断面をそれぞれ示す断面図である。図7は、図5におけるF−F断面およびG−G断面を示す断面図である。また、図2は、図5におけるA−A断面を示している。
With reference to FIGS. 5-7, the structure of the various flow paths formed in the
セパレータ25には、図5(a)においてハッチングで示すように、厚さ方向に貫通する各種マニホールドが形成されている。すなわち、上述したカソード対向プレート22、アノード対向プレート23、中間プレート24にそれぞれに形成された燃料ガス供給マニホールド形成部221a、燃料ガス供給マニホールド形成部231a、燃料ガス供給マニホールド形成部241aとによって、燃料ガス供給マニホールドが形成される。セパレータ25には、同様にして、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールドがそれぞれ形成される。
The
セパレータ25には、図5(a)に示す発電部DA部分において、図2に示すように、カソード対向プレート22の第1の凸凹形状部とアノード対向プレート23の第2の凸凹形状部とが当接し、上述したカソード対向プレート22の冷却媒体流路形成部229b(第1の凸凹形状部における凸部)とアノード対向プレート23の冷却媒体流路形成部239b(第2の凸凹形状部における凸部)とによって、冷却媒体流路73が形成される。さらに、燃料電池を構成すると、MEAのカソード側の拡散層212と上述したカソード対向プレート22の酸化ガス流路形成部229a(第1の凸凹形状部における凹部)との間に、酸化ガス流路72が形成される。同様に、MEAのアノード側の拡散層212と上述したアノード対向プレート23の燃料ガス流路形成部239a(第2の凸凹形状部における凹部)との間に、燃料ガス流路71が形成される。
As shown in FIG. 2, the
セパレータ25には、図5および図6(a)に示すように、中間プレート24に形成された酸化ガス供給流路形成部245と、アノード対向プレート23における中間プレート24との当接面23aと、カソード対向プレート22における中間プレート24との当接面22aとによって、酸化ガス供給流路63が形成される。酸化ガス供給流路63は、一端が酸化ガス供給マニホールドと連通している。そして、酸化ガス供給孔225は、酸化ガス供給流路63と上述した酸化ガス流路72とを連通している。
As shown in FIGS. 5 and 6A, the
セパレータ25には、図5および図6(b)に示すように、中間プレート24に形成された酸化ガス排出流路形成部246と、アノード対向プレート23における中間プレート24との当接面23aと、カソード対向プレート22における中間プレート24との当接面22aとによって、酸化ガス排出流路64が形成される。酸化ガス排出流路64は、一端が酸化ガス排出マニホールドと連通している。そして、酸化ガス排出孔226は、酸化ガス排出流路64と上述した酸化ガス流路72とを連通している。
As shown in FIGS. 5 and 6B, the
セパレータ25には、さらに、図5および図6(c)(d)に示すように、上述した酸化ガス系と同様の構造にて、燃料ガス系についても、燃料ガス供給流路61および燃料ガス排出流路62が形成される。そして、酸化ガス系と同様に、燃料ガス供給流路61は、一端が燃料ガス供給マニホールドと連通し、他端が燃料ガス供給孔237を介して燃料ガス流路71と連通している。燃料ガス排出流路62は、一端が燃料ガス排出マニホールドと連通し、他端が燃料ガス排出孔238を介して燃料ガス流路71と連通している。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6C and 6D, the
セパレータ25には、図5および図7(b)に示すように、中間プレート24に形成された冷却媒体供給流路形成部244aと、アノード対向プレート23における中間プレート24との当接面23aと、カソード対向プレート22における中間プレート24との当接面22aとによって、冷却媒体供給流路66が形成される。冷却媒体供給流路66は、一端が冷却媒体供給マニホールドと連通し、他端が、上述の第1および第2の凸凹形状によって形成される冷却媒体流路73と連通している。
As shown in FIGS. 5 and 7B, the
セパレータ25には、さらに、図5および図7(b)に示すように、上述の冷却媒体供給流路66と同様の構成にて、冷却媒体排出流路67が形成される。冷却媒体排出流路67は、一端が冷却媒体排出マニホールドと連通し、他端が、上述の冷却媒体流路73と連通している。
Further, as shown in FIG. 5 and FIG. 7B, a cooling
ここで、図5(a)に示すように、セパレータ25における燃料ガス供給流路61、燃料ガス排出流路62、酸化ガス供給流路63、酸化ガス排出流路64、冷却媒体供給流路66、冷却媒体排出流路67は、それぞれ、凸凹形状部の外周のシール部(以下外周シール部という。)をセパレータ25の内部からトンネルするように形成されている。すなわち、これらの流路の一端と連通する各種マニホールドは、外周シール部の外側に位置している。そして、これらの流路の他端と連通する各供給孔(酸化ガス供給孔225、燃料ガス供給孔237)、各排出孔(酸化ガス排出孔226、燃料ガス排出孔238)および冷却媒体流路73は、外周シール部より内側に位置している。
Here, as shown in FIG. 5A, the fuel
図5(b)は、外周シール部上におけるセパレータ25およびシール一体型MEA21の切断面(図5(a)におけるsl1−sl1断面)を示している。図5(a)に示すように、燃料ガス供給流路61、酸化ガス供給流路63、冷却媒体流路65は、シール線方向に複数本ずつ並んで配置されている。従って、図5(b)に示すように、外周のシール部上における断面は、燃料ガス供給流路61、酸化ガス供給流路63、冷却媒体流路65が形成されている部分(空間部)と、緻密部Sとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Sが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート22およびアノード対向プレート23の変形を抑制している。なお、図5(a)におけるsl2−sl2断面も同様の構成となっている。これについては、図5(b)において、かっこ書きで符号を付し、詳細の説明は省略する。
FIG. 5B shows a cut surface (sl1-sl1 cross section in FIG. 5A) of the
・燃料電池の動作:
同じく、図5〜図7を参照して、実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の動作について簡単に説明しておく。
・ Fuel cell operation:
Similarly, with reference to FIGS. 5 to 7, the operation of the fuel cell configured using the separator according to the embodiment will be briefly described.
燃料電池10に供給された酸化ガスは、図6(a)において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路63−酸化ガス供給孔225−酸化ガス流路72を通って、カソード側の拡散層212に供給される。酸化ガス流路72に供給された酸化ガスは、発電部DA全体に亘って分配されカソード極において電気化学反応に供される。その後、酸化ガスは、図6(b)において矢印で示すように、酸化ガス流路72−酸化ガス排出孔226−酸化ガス排出流路64−酸化ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。
The oxidant gas supplied to the fuel cell 10 passes through the oxidant gas supply manifold, the oxidant
同様にして、燃料電池10に供給された燃料ガスは、図6(c)において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路61−燃料ガス供給孔237−燃料ガス流路71を通って、アノード側の拡散層212に供給される。拡散層212に供給された燃料ガスは、発電部DA全体に亘って拡散し(図示は省略)アノード極において電気化学反応に供される。その後、燃料ガスは、図6(d)において矢印で示すように、燃料ガス流路71−燃料ガス排出孔238−燃料ガス排出流路62−燃料ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。
Similarly, the fuel gas supplied to the fuel cell 10 is, as indicated by arrows in FIG. 6C, a fuel gas supply manifold-fuel gas supply channel 61-fuel gas supply hole 237-
燃料電池10に供給された冷却媒体は、図7(b)において矢印で示すように、冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体供給流路66−冷却媒体流路73−冷却媒体排出流路67−冷却媒体排出マニホールドを通って、外部に排出される。冷却媒体は、主として冷却媒体流路73内を流動中に燃料電池10の熱エネルギを吸収して燃料電池10を冷却する。
The cooling medium supplied to the fuel cell 10 is, as indicated by arrows in FIG. 7B, a cooling medium supply manifold-cooling medium supply channel 66-cooling medium channel 73-cooling medium discharge channel 67-cooling medium. It is discharged outside through the discharge manifold. The cooling medium absorbs heat energy of the fuel cell 10 while cooling mainly in the cooling
なお、燃料ガスとしては、例えば、純度の高い水素ガスを用いることができ、酸化ガスとしては、例えば、空気を用いることができる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。 As the fuel gas, for example, high-purity hydrogen gas can be used, and as the oxidizing gas, for example, air can be used. As the cooling medium, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like can be used.
以上のように構成された実施例に係るセパレータ25では、燃料ガス流路71、酸化ガス流路72および冷却媒体流路73を、塑性加工(プレス加工)により形成された凸凹形状により形成している。さらに、それ以外の燃料ガス供給流路61、燃料ガス排出流路62、酸化ガス供給流路63、酸化ガス排出流路64、冷却媒体供給流路66、冷却媒体排出流路67については、容易で生産性の高い加工法(打ち抜き加工)のみを用いて加工することができる。また、中間プレート24については、全てを容易で生産性の高い加工法(打ち抜き加工)のみを用いて加工することができる。そして、セパレータ25は、3つの板を接合するのみで容易に作製できる。従って、燃料電池10の生産性を向上することができる。
In the
また、カソード対向プレート22とアノード対向プレート23の凹凸形状により、燃料ガス流路71および酸化ガス流路72と、冷却媒体流路73を交互に形成しているので、セパレータ25の厚さを薄くしつつ、反応ガスや冷却媒体の供給および排出を実現できる。この結果、電流密度の高い燃料電池を構成できる。
Further, the
また、凹凸形状部の外周のシール部をセパレータ25の内部からトンネルする燃料ガス供給流路61、燃料ガス排出流路62、酸化ガス供給流路63、酸化ガス排出流路64によって、反応ガス(酸化ガスおよび燃料ガス)の供給、排出を行うので、シール部との当接部が平面となりセパレータ−セパレータ間のシール性が優れている。
In addition, the reaction gas (the reaction gas (60) is formed by the fuel
また、図5(b)を参照して説明したように、発電部外周シール部上における断面において、空間部と緻密部とが交互に配置されるように、燃料ガス供給流路61、燃料ガス排出流路62、酸化ガス供給流路63、酸化ガス排出流路64、冷却媒体供給流路66、冷却媒体排出流路67がシール方向に並んで複数個配置されている。この結果、第1実施例と同様にカソード対向プレート22およびアノード対向プレート23のシール圧による変形が抑制される。
Further, as described with reference to FIG. 5B, the fuel
また、従来のいわゆるプレスセパレータは、実施例に係るセパレータ25の有する機能(反応ガスの供給、排出、冷却媒体の供給、排出)を実現するためには、4点以上の部品を必要としていた(例えば、アノード側セパレータと、カソード側セパレータと、2つのセパレータ間のシール部品、反応ガスの供給、排出のための部品)が、セパレータ25は、第1実施例と同様に、3点の部品のみで構成されているので、部品点数が削減されている。
In addition, the conventional so-called press separator requires four or more parts in order to realize the functions of the
さらに、本実施例に係る燃料電池10は、MEAとシール部50が一体化されたシール一体型MEA21を用いているので、モジュール20は、セパレータ25とシール一体型MEA21が交互に積層された簡易な構造となる。したがって、燃料電池の生産性が向上する。
Furthermore, since the fuel cell 10 according to this embodiment uses the seal-integrated
B.変形例:
上記実施例において、カソード対向プレート22およびアノード対向プレート23を構成する金属薄板は、他の材質を用いても良い。例えば、チタン、チタン合金等、耐食性の高い材料を用いても良い。また、プレス成形後に、耐食メッキを施しても良い(Ptメッキ、Pdメッキ等)。
B. Variations:
In the above embodiment, the metal thin plates constituting the
また、上記実施例において、3つの板は、ホットプレスにより接合しているが、これ以外にも、拡散接合、ロウ付け、溶接等、種々の接合方法が用いうる。 In the above embodiment, the three plates are joined by hot pressing, but other joining methods such as diffusion joining, brazing, welding, etc. can be used.
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。 As mentioned above, although the Example and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these Example and modification at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is.
10...燃料電池
20...モジュール
21...シール一体型MEA
211...電解質膜
212...拡散層
22...カソード対向プレート
221a...燃料ガス供給マニホールド形成部
221b...燃料ガス排出マニホールド形成部
222a...酸化ガス供給マニホールド形成部
222b...酸化ガス排出マニホールド形成部
223a...冷却媒体供給マニホールド形成部
223b...冷却媒体排出マニホールド形成部
225...酸化ガス供給孔
226...酸化ガス排出孔
229a...酸化ガス流路形成部
229b...冷却媒体流路形成部
23...アノード対向プレート
231a...燃料ガス供給マニホールド形成部
231b...燃料ガス排出マニホールド形成部
232a...酸化ガス供給マニホールド形成部
232b...酸化ガス排出マニホールド形成部
233a...冷却媒体供給マニホールド形成部
233b...冷却媒体排出マニホールド形成部
237...燃料ガス供給孔
238...燃料ガス排出孔
239a...燃料ガス流路形成部
239b...冷却媒体流路形成部
24...中間プレート
241a...燃料ガス供給マニホールド形成部
241b...燃料ガス排出マニホールド形成部
242a...酸化ガス供給マニホールド形成部
242b...酸化ガス排出マニホールド形成部
244a...冷却媒体供給流路形成部
244b...冷却媒体排出流路形成部
245...酸化ガス供給流路形成部
246...酸化ガス排出流路形成部
247...燃料ガス供給流路形成部
248...燃料ガス排出流路形成部
249...発電部貫通部
25...セパレータ
30...エンドプレート
31...テンションプレート
32...ボルト
33...インシュレータ
34...ターミナル
50...シール部
501a...酸化ガス供給マニホールド形成部
501b...酸化ガス排出マニホールド形成部
502a...燃料ガス供給マニホールド形成部
502b...燃料ガス排出マニホールド形成部
503a...冷却媒体供給マニホールド形成部
503b...冷却媒体排出マニホールド形成部
61...燃料ガス供給流路
62...燃料ガス排出流路
63...酸化ガス供給流路
64...酸化ガス排出流路
66...冷却媒体供給流路
67...冷却媒体排出流路
71...燃料ガス流路
72...酸化ガス流路
73...冷却媒体流路
DA...発電部
10 ...
211 ...
Claims (6)
前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、
前記中間プレートは、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部と、
を備え、
前記カソード対向プレートは、
塑性加工により形成されると共に前記カソード極との間に酸化ガス流路を形成する凸凹形状を有する第1の凹凸形状部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス供給孔と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、
を備え、
前記アノード対向プレートは、
塑性加工により形成されると共に前記アノード極との間に燃料ガス流路を形成する凸凹形状を有する第2の凹凸形状部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス流路とを連通する燃料ガス供給孔と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出流路と前記燃料ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、
を備えるセパレータ。 A fuel cell separator comprising: a cathode facing plate having a surface facing the cathode electrode; an anode facing plate having a surface facing the anode electrode; and an intermediate plate sandwiched between the cathode facing plate and the anode facing plate. There,
An oxidizing gas supply manifold, an oxidizing gas discharge manifold, a fuel gas supply manifold, and a fuel gas discharge manifold that penetrate the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in the thickness direction;
The intermediate plate is
An oxidant gas supply channel forming part that penetrates in the thickness direction and forms an oxidant gas supply channel that communicates with the oxidant gas supply manifold;
An oxidant gas discharge channel forming part that penetrates in the thickness direction and forms an oxidant gas discharge channel that communicates with the oxidant gas discharge manifold;
A fuel gas supply flow path forming portion that penetrates in the thickness direction and forms a fuel gas supply flow path communicating with the fuel gas supply manifold;
A fuel gas discharge passage forming portion that penetrates in the thickness direction and forms a fuel gas discharge passage communicating with the fuel gas discharge manifold;
With
The cathode facing plate is
A first concavo-convex shape portion having a concavo-convex shape which is formed by plastic working and forms an oxidizing gas flow path between the cathode electrode,
An oxidant gas supply hole penetrating in the thickness direction and communicating the oxidant gas supply channel and the oxidant gas channel;
An oxidant gas discharge hole penetrating in the thickness direction and communicating the oxidant gas discharge channel and the oxidant gas channel;
With
The anode facing plate is
A second concavo-convex shape portion formed by plastic working and having a concavo-convex shape that forms a fuel gas flow path between the anode and the anode,
A fuel gas supply hole penetrating in the thickness direction and communicating the fuel gas supply channel and the fuel gas channel;
An oxidizing gas discharge hole penetrating in the thickness direction and communicating the fuel gas discharge channel and the fuel gas channel;
A separator comprising:
前記中間プレートは、
平面視において前記第1の凸凹形状部および前記第2の凸凹形状部の外周を囲む環状の形状を有し、
前記酸化ガス流路は、前記第1の凸凹形状部の凹部によって形成され、
前記燃料ガス流路は、前記第2の凸凹形状部の凹部によって形成され、
前記アノード対向プレートと前記アノード対向プレートにおける前記中間プレート側の面は、前記第1の凹凸形状部と前記第2の凸凹形状部における凹部において、互いに当接するセパレータ。 The separator according to claim 1,
The intermediate plate is
In a plan view, it has an annular shape that surrounds the outer periphery of the first uneven shape portion and the second uneven shape portion,
The oxidizing gas flow path is formed by a recess of the first uneven shape portion,
The fuel gas flow path is formed by a recessed portion of the second uneven shape portion,
The anode facing plate and the surface on the intermediate plate side of the anode facing plate are separators that come into contact with each other in the recesses in the first uneven shape portion and the second uneven shape portion.
前記第1の凹凸形状部の凸部と前記第2の凹凸形状部の凸部とによって、前記カソードプレートと前記アノードプレートとの間に冷却媒体流路を形成し、
前記セパレータは、さらに、
前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドと、
を備え、
前記中間プレートは、さらに、
厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体流路とを連通する冷却媒体供給流路を形成する冷却媒体供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体排出マニホールドと前記冷却媒体流路とを連通する冷却媒体排出流路を形成する冷却媒体排出流路形成部と、
を備えるセパレータ。 The separator according to claim 2,
A cooling medium flow path is formed between the cathode plate and the anode plate by the convex portion of the first concave-convex shape portion and the convex portion of the second concave-convex shape portion,
The separator further includes
A cooling medium supply manifold that penetrates the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in a thickness direction; a cooling medium discharge manifold;
With
The intermediate plate further includes
A cooling medium supply flow path forming section that penetrates in the thickness direction and forms a cooling medium supply flow path that communicates the cooling medium supply manifold and the cooling medium flow path;
A cooling medium discharge flow path forming unit that penetrates in the thickness direction and forms a cooling medium discharge flow path that communicates the cooling medium discharge manifold and the cooling medium flow path;
A separator comprising:
前記第1の凹凸形状部および前記第2の凹凸形状部の外周部は、燃料電池を構成する際に、前記セパレータと隣接する部品との間をシールするシール材が当接する外周シール部であり、
各マニホールドは、前記外周シール部の外側に位置し、
各供給孔および各排出孔は、前記発電部外周シール部の内側に位置するセパレータ。 The separator according to any one of claims 1 to 3,
The outer peripheral portions of the first concavo-convex shape portion and the second concavo-convex shape portion are outer peripheral seal portions with which a sealing material that seals between the separator and an adjacent component contacts when the fuel cell is formed. ,
Each manifold is located outside the outer peripheral seal portion,
Each supply hole and each discharge hole is a separator located inside the said power generation part outer periphery seal part.
各供給流路形成部および各排出流路形成部は、
前記外周シール部のシール方向に複数個並んで配置されているセパレータ。 The separator according to claim 4,
Each supply flow path forming section and each discharge flow path forming section are
The separator arrange | positioned along with the sealing direction of the said outer periphery seal part along with two or more.
前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、
前記中間プレートは、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部と、
を備え、
前記カソード対向プレートは、
前記カソード極との間に酸化ガス流路を形成する凸凹形状を有する第1の凹凸形状部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス供給孔と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出流路と前記酸化ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、
を備え、
前記アノード対向プレートは、
前記アノード極との間に燃料ガス流路を形成する凸凹形状を有する第2の凹凸形状部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス流路とを連通する燃料ガス供給孔と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出流路と前記燃料ガス流路とを連通する酸化ガス排出孔と、
を備える燃料電池のセパレータの製造方法であって、
前記カソード対向プレートにおける前記第1の凹凸形状部と、前記アノード対向プレートにおける前記第2の凹凸形状部は、塑性加工により形成されることを特徴とするセパレータの製造方法。 A cathode facing plate having a surface facing the cathode electrode, an anode facing plate having a surface facing the anode electrode, an intermediate plate sandwiched between the cathode facing plate and the anode facing plate,
An oxidizing gas supply manifold, an oxidizing gas discharge manifold, a fuel gas supply manifold, and a fuel gas discharge manifold that penetrate the cathode facing plate, the anode facing plate, and the intermediate plate in the thickness direction;
The intermediate plate is
An oxidant gas supply channel forming part that penetrates in the thickness direction and forms an oxidant gas supply channel that communicates with the oxidant gas supply manifold;
An oxidant gas discharge channel forming part that penetrates in the thickness direction and forms an oxidant gas discharge channel that communicates with the oxidant gas discharge manifold;
A fuel gas supply flow path forming portion that penetrates in the thickness direction and forms a fuel gas supply flow path communicating with the fuel gas supply manifold;
A fuel gas discharge passage forming portion that penetrates in the thickness direction and forms a fuel gas discharge passage communicating with the fuel gas discharge manifold;
With
The cathode facing plate is
A first concavo-convex shape portion having a concavo-convex shape forming an oxidizing gas flow path with the cathode electrode;
An oxidant gas supply hole penetrating in the thickness direction and communicating the oxidant gas supply channel and the oxidant gas channel;
An oxidant gas discharge hole penetrating in the thickness direction and communicating the oxidant gas discharge channel and the oxidant gas channel;
With
The anode facing plate is
A second concavo-convex shape portion having a concavo-convex shape forming a fuel gas flow path between the anode electrode and the anode electrode;
A fuel gas supply hole penetrating in the thickness direction and communicating the fuel gas supply channel and the fuel gas channel;
An oxidant gas discharge hole penetrating in the thickness direction and communicating the fuel gas discharge channel and the fuel gas channel;
A method for producing a separator for a fuel cell comprising:
The method for producing a separator, wherein the first uneven shape portion in the cathode facing plate and the second uneven shape portion in the anode facing plate are formed by plastic working.
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