JP2007207707A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関し、詳しくは、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有する燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell having a stack structure in which a plurality of laminated bodies each having an anode and a cathode disposed on both surfaces of a predetermined electrolyte membrane are laminated with a separator interposed therebetween. It is.
水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード(水素極)とカソード(酸素極)とを配置した膜電極接合体とセパレータとを交互に積層させたスタック構造を有するものがある(以下、このようなスタック構造を有する燃料電池を、燃料電池スタックとも呼ぶ)。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. Some of the fuel cells have a stack structure in which membrane electrode assemblies and separators each having an anode (hydrogen electrode) and a cathode (oxygen electrode) disposed on both sides of a predetermined electrolyte membrane are alternately stacked. (Hereinafter, a fuel cell having such a stack structure is also referred to as a fuel cell stack).
このような燃料電池スタックに関して、従来、反応ガス(燃料ガス、および、酸化剤ガス)の漏洩を防止するための種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献1には、燃料電池スタックにおいて、膜電極接合体と、弾性パッキング部材とを一体化する構成が記載されている。このような構成の燃料電池スタックでは、一般に、弾性パッキング部材は、電解質膜の両面に、その中心線の位置がほぼ一致するように設けられる(図8(a)上段参照)。そして、この弾性パッキング部材のシール性を得るために、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重が加えられる。こうすることによって、良好なシール性を得ることができる(図8(a)下段参照)。 With respect to such a fuel cell stack, conventionally, various techniques for preventing leakage of reaction gas (fuel gas and oxidant gas) have been proposed. For example, Patent Document 1 below describes a configuration in which a membrane electrode assembly and an elastic packing member are integrated in a fuel cell stack. In the fuel cell stack having such a configuration, generally, the elastic packing members are provided on both surfaces of the electrolyte membrane so that the positions of the center lines substantially coincide (see the upper part of FIG. 8A). In order to obtain the sealing property of the elastic packing member, a fastening load is applied in the stacking direction of the fuel cell stack. By doing so, a good sealing property can be obtained (see the lower part of FIG. 8A).
しかし、例えば、製造上のバラツキにより、電解質膜の両面における弾性パッキング部材の中心線の位置がずれている場合には(図8(b)上段参照)、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、弾性パッキング部材への荷重バランスが崩れて、弾性パッキング部材が、荷重方向(積層方向)に対して斜めに変形してしまう場合があった(図8(b)下段参照)。この場合、弾性パッキング部材から所望の反力が得られず、シール性能が低下する場合があった。 However, for example, when the position of the center line of the elastic packing member on both surfaces of the electrolyte membrane is shifted due to manufacturing variations (see the upper part of FIG. 8B), a fastening load is applied in the stacking direction of the fuel cell stack. When added, the load balance to the elastic packing member may be lost, and the elastic packing member may be deformed obliquely with respect to the load direction (stacking direction) (see the lower part of FIG. 8B). In this case, a desired reaction force cannot be obtained from the elastic packing member, and the sealing performance may be deteriorated.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えたときに、シール部材(弾性パッキング部材)が荷重方向に対して斜めに変形することによるシール性能の低下を抑制することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem. In a fuel cell stack, when a fastening load is applied in the stacking direction of the stack structure, the seal member (elastic packing member) is in the load direction. It aims at suppressing the fall of the sealing performance by deforming diagonally.
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の燃料電池は、
所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有する燃料電池であって、
前記積層体は、前記積層体の外周に、前記積層体の表面に供給される反応ガスの漏洩を防止するためのシール部材を一体的に備え、
前記シール部材は、前記シール部材の両面において前記スタック構造の積層方向にそれぞれ突出し、対向する前記セパレータにそれぞれ当接する第1のシール部、および、第2のシール部を備え、
前記第1のシール部、および、前記第2のシール部は、前記積層方向から見て、所定距離離れた位置に形成されていることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration.
The fuel cell of the present invention comprises
A fuel cell having a stack structure in which a plurality of laminated bodies each having an anode and a cathode disposed on both surfaces of a predetermined electrolyte membrane are laminated with a separator interposed therebetween,
The laminate is integrally provided with a seal member for preventing leakage of a reactive gas supplied to the surface of the laminate on the outer periphery of the laminate,
The seal member includes a first seal portion that protrudes in the stacking direction of the stack structure on both surfaces of the seal member, and abuts against the opposing separator, and a second seal portion,
The gist of the present invention is that the first seal part and the second seal part are formed at positions separated by a predetermined distance when viewed from the stacking direction.
ここで、「所定距離」とは、第1のシール部と第2のシール部とを離して配置する目的で、予め設定された距離である。したがって、第1のシール部と第2のシール部とが、スタック構造の積層方向から見て、互いに重なるように、第1のシール部と第2のシール部とを形成したにも関わらず、製造上のバラツキや、誤差によって、第1のシール部と第2のシール部とが離れているものは含まない。 Here, the “predetermined distance” is a distance set in advance for the purpose of separating the first seal portion and the second seal portion. Therefore, even though the first seal portion and the second seal portion are formed so that the first seal portion and the second seal portion overlap each other when viewed from the stacking direction of the stack structure, It does not include those in which the first seal portion and the second seal portion are separated due to manufacturing variations or errors.
本発明によって、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、シール部材における第1のシール部に加わる締結荷重が第2のシール部に、第2のシール部に加わる締結荷重が第1のシール部に、直接的に加わらないようにすることができる。したがって、第1のシール部、および、第2のシール部の位置に、製造上の多少のバラツキが生じても、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、第1のシール部、および、第2のシール部が、荷重方向(積層方向)に対して斜めに変形してしまうことを抑制することができる。この結果、シール性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, when a fastening load is applied in the stacking direction of the fuel cell stack, the fastening load applied to the first seal portion in the seal member is applied to the second seal portion, and the fastening load applied to the second seal portion is the first. It is possible not to add directly to one seal portion. Therefore, even if some manufacturing variations occur at the positions of the first seal portion and the second seal portion, the first seal portion is applied when a fastening load is applied in the stacking direction of the fuel cell stack. And it can suppress that a 2nd seal | sticker part deform | transforms diagonally with respect to a load direction (stacking direction). As a result, a decrease in sealing performance can be suppressed.
上記燃料電池において、
前記シール部材は、さらに、
前記第1のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第1のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第1のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第1の支持部と、
前記第2のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第2のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第2のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第2の支持部と、
を備えるようにしてもよい。
In the fuel cell,
The sealing member further includes
On the surface on the opposite side of the first seal part, the first seal part is disposed at a position overlapping the first seal part when viewed from the stacking direction, and comes into contact with the separator, thereby making contact with the first seal part. A first support for supporting a load acting in the stacking direction;
On the surface opposite to the second seal portion, the second seal portion is disposed at a position overlapping with the second seal portion when viewed from the stacking direction, and comes into contact with the separator, thereby making contact with the second seal portion. A second support that supports a load acting in the stacking direction;
You may make it provide.
こうすることによって、第1のシール部、および、第2のシール部に加わる荷重を、それぞれ第1の支持部、および、第2の支持部によって、効果的に支持することができる。 By carrying out like this, the load added to the 1st seal part and the 2nd seal part can be effectively supported by the 1st support part and the 2nd support part, respectively.
上記燃料電池において、
前記第1の支持部、および、前記第2の支持部は、前記シール部材と一体的に形成されているようにしてもよい。
In the fuel cell,
The first support part and the second support part may be formed integrally with the seal member.
こうすることによって、燃料電池の製造時の部品点数を減少させ、燃料電池の製造を容易に行うことができる。 By doing so, the number of parts at the time of manufacturing the fuel cell can be reduced, and the fuel cell can be easily manufactured.
なお、上記第1の支持部、および、第2の支持部に相当するものを、シール部材の代わりに、セパレータに備えるようにしてもよい。 In addition, you may make it equip a separator with the thing equivalent to the said 1st support part and a 2nd support part instead of a sealing member.
上記いずれかの燃料電池において、
前記セパレータは、
前記積層体のアノードに対向する平板状のアノード対向プレートと、
前記積層体のカソードに対向する平板状のカソード対向プレートと、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、
を備えるようにしてもよい。
In any of the above fuel cells,
The separator is
A flat anode facing plate facing the anode of the laminate;
A plate-like cathode facing plate facing the cathode of the laminate;
An intermediate plate sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate;
You may make it provide.
本発明は、上述の燃料電池としての構成の他、この燃料電池を備える燃料電池システムの発明として構成することもできる。 The present invention can be configured as an invention of a fuel cell system including the fuel cell, in addition to the configuration as the fuel cell described above.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.燃料電池スタックの構成:
B.燃料電池モジュール:
B1.セパレータ:
B2.シールガスケット一体型MEGA:
C.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Fuel cell stack configuration:
B. Fuel cell module:
B1. Separator:
B2. MEGA with integrated seal gasket:
C. Variation:
A.燃料電池スタックの構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック100の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック100は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセルを、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有している。各セルは、後述するように、プロトン伝導性を有する電解質膜を挟んで、アノードと、カソードとを配置した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、セルの積層数は、燃料電池スタック100に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
A. Fuel cell stack configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
燃料電池スタック100は、一端から、エンドプレート10、絶縁板20、集電板30、複数の燃料電池モジュール40、集電板50、絶縁板60、エンドプレート70の順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック100内に、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を流すための図示しない供給口や、排出口や、流路が設けられている。水素は、図示しない水素タンクから供給される。また、空気や、冷却水は、図示しないポンプによって加圧されて供給される。燃料電池モジュール40は、後述するセパレータ41と、膜電極接合体、および、ガスケットを一体的に備えるシールガスケット一体型MEGA45とによって構成されている。この燃料電池モジュール40については、後述する。
The
燃料電池スタック100には、また、図示するように、テンションプレート80が備えられている。燃料電池スタック100には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制し、また、シールガスケット一体型MEGA45のシール性能を十分に得るために、スタック構造の積層方向に押圧力が加えられ、テンションプレート80をボルト82によって燃料電池スタック100の両端のエンドプレート10,70に固定することによって、各燃料電池モジュール40は、積層方向に所定の締結力で締結されている。
The
なお、エンドプレート10、70、および、テンションプレート80は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板20、60は、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板30、50は、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板30、50には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック100で発電した電力を出力可能となっている。
Note that the
B.燃料電池モジュール:
先に説明したように、燃料電池モジュール40は、セパレータ41と、シールガスケット一体型MEGA45とによって構成されている。以下、セパレータ41、および、シールガスケット一体型MEGA45について説明する。
B. Fuel cell module:
As described above, the
B1.セパレータ:
図2は、セパレータ41の構成部品、および、セパレータ41の平面図である。本実施例におけるセパレータ41は、それぞれ複数の貫通孔が設けられた3枚の金属製の平板、すなわち、カソード対向プレート42と、中間プレート43と、アノード対向プレート44とから構成されている。そして、セパレータ41は、カソード対向プレート42と、中間プレート43と、アノード対向プレート44とを、この順に重ね合わせ、ホットプレス接合することによって作製されている。本実施例では、カソード対向プレート42と、中間プレート43と、アノード対向プレート44とは、同一の四角形の形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。カソード対向プレート42と、中間プレート43と、アノード対向プレート44として、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いるものとしてもよい。また、中間プレート43として、樹脂製のプレートを用いるものとしてもよい。
B1. Separator:
FIG. 2 is a plan view of the component parts of the
図2(a)は、シールガスケット一体型MEGA45のカソード側の面と当接するカソード対向プレート42の平面図である。図示するように、カソード対向プレート42は、空気供給用貫通孔422aと、複数の空気供給口422iと、複数の空気排出口422oと、空気排出用貫通孔422bと、水素供給用貫通孔424aと、水素排出用貫通孔424bと、冷却水供給用貫通孔426aと、冷却水排出用貫通孔426bとを備えている。本実施例では、空気供給用貫通孔422aと、空気排出用貫通孔422bと、水素供給用貫通孔424aと、水素排出用貫通孔424bと、冷却水供給用貫通孔426aと、冷却水排出用貫通孔426bとは、ほぼ矩形であり、複数の空気供給口422iと、複数の空気排出口422oとは、直径が同一の円形であるものとした。
FIG. 2A is a plan view of the
図2(b)は、シールガスケット一体型MEGA45のアノード側の面と当接するアノード対向プレート44の平面図である。図示するように、アノード対向プレート44は、空気供給用貫通孔442aと、空気排出用貫通孔442bと、水素供給用貫通孔444aと、複数の水素供給口444iと、複数の水素排出口444oと、水素排出用貫通孔444bと、冷却水供給用貫通孔446aと、冷却水排出用貫通孔446bとを備えている。本実施例では、空気供給用貫通孔442aと、空気排出用貫通孔442bと、水素供給用貫通孔444aと、水素排出用貫通孔444bと、冷却水供給用貫通孔446aと、冷却水排出用貫通孔446bとは、ほぼ矩形であり、複数の水素供給口444iと、複数の水素排出口444oとは、直径が同一の円形であるものとした。
FIG. 2B is a plan view of the
図2(c)は、中間プレート43の平面図である。図示するように、中間プレート43は、空気供給用貫通孔432aと、空気排出用貫通孔432bと、水素供給用貫通孔434aと、水素排出用貫通孔434bと、複数の冷却水流路形成用貫通孔436とを備えている。そして、空気供給用貫通孔432aには、空気供給用貫通孔432aからカソード対向プレート42の複数の空気供給口422iに、それぞれ空気を流すための複数の空気供給用流路形成部432cが設けられている。また、空気排出用貫通孔432bには、カソード対向プレート42の複数の空気排出口422oから空気排出用貫通孔432bに空気を流すための複数の空気排出用流路形成部432dが設けられている。また、水素供給用貫通孔434aには、水素供給用貫通孔434aからアノード対向プレート44の複数の水素供給口444iに、それぞれ水素を流すための複数の水素供給用流路形成部432eが設けられている。また、水素排出用貫通孔434bには、アノード対向プレート44の複数の水素排出口444oから水素排出用貫通孔434bに水素を流すための複数の水素排出用流路形成部432fが設けられている。
FIG. 2C is a plan view of the
図2(d)は、セパレータ41の平面図である。ここでは、アノード対向プレート44側から見た平面図を示した。
FIG. 2D is a plan view of the
図から分かるように、アノード対向プレート44と、中間プレート43と、カソード対向プレート42において、空気供給用貫通孔442aと、空気供給用貫通孔432aと、空気供給用貫通孔422aとは、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気排出用貫通孔442bと、空気排出用貫通孔432bと、空気排出用貫通孔422bも、それぞれ同じ位置に形成されている。また、水素供給用貫通孔444aと、水素供給用貫通孔434aと、水素供給用貫通孔424aも、それぞれ同じ位置に形成されている。また、水素排出用貫通孔444bと、水素排出用貫通孔434bと、水素排出用貫通孔424bも、それぞれ同じ位置に形成されている。
As can be seen from the figure, in the
また、アノード対向プレート44と、カソード対向プレート42において、冷却水供給用貫通孔446aと、冷却水供給用貫通孔426aとは、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水排出用貫通孔446bと、冷却水排出用貫通孔426bも、それぞれ同じ位置に形成されている。
Further, in the
また、中間プレート43において、複数の冷却水流路形成用貫通孔436は、それぞれ、その一端が、アノード対向プレート44の冷却水供給用貫通孔446a、および、カソード対向プレート42の冷却水供給用貫通孔426aと重なるとともに、その他端が、アノード対向プレート44の冷却水排出用貫通孔446b、および、カソード対向プレート42の冷却水排出用貫通孔426bと重なるように形成されている。
In addition, in the
なお、中間プレート43における空気供給用流路形成部432c、空気排出用流路形成部432d、水素供給用流路形成部432e、水素排出用流路形成部432fの幅は、それぞれ、カソード対向プレート42の空気供給口422i、空気排出口422o、アノード対向プレート44の水素供給口444i、水素排出口444oの直径よりも大きく設定されている。こうすることによって、カソード対向プレート42と、中間プレート43と、アノード対向プレート44とを重ね合わせて接合したときに、これらがわずかにずれても、所望の経路で空気や水素を流すことができる。
The widths of the air supply flow
このセパレータ41において、水素と、空気と、冷却水の流れは、以下の通りである。すなわち、カソード対向プレート42の水素供給用貫通孔424a、中間プレート43の水素供給用貫通孔434a、アノード対向プレート44の水素供給用貫通孔444aを流れる水素は、中間プレート43の水素供給用貫通孔434aから分岐して、複数の水素供給用流路形成部432eを通り、アノード対向プレート44の複数の水素供給口444iから、後述するシールガスケット一体型MEGA45のMEGA部451のアノードに対して垂直な方向に供給される。そして、アノードから排出されるアノードオフガスは、アノード対向プレート44の複数の444o、および、中間プレート43の水素排出用流路形成部432fを通って、排出される。
In this
また、アノード対向プレート44の空気供給用貫通孔442a、中間プレート43の空気供給用貫通孔432a、カソード対向プレート42の空気供給用貫通孔422aを流れる空気は、中間プレート43の空気供給用貫通孔432aから分岐して、空気供給用流路形成部432cを通り、カソード対向プレート42の複数の空気供給口422iから、後述するシールガスケット一体型MEGA45のMEGA部451のカソードに対して垂直な方向に供給される。そして、カソードから排出されるカソードオフガスは、カソード対向プレート42の複数の空気排出口422o、および、中間プレート43の432dを通って、排出される。
The air flowing through the air supply through-
また、アノード対向プレート44の冷却水供給用貫通孔446a、中間プレート43の複数の冷却水流路形成用貫通孔436の一端、カソード対向プレート42の冷却水供給用貫通孔426aを流れる冷却水は、中間プレート43の冷却水流路形成用貫通孔436から分岐して、中間プレート43内を通り、冷却水流路形成用貫通孔436の他端から排出される。
Further, the cooling water flowing through the cooling water supply through
B2.シールガスケット一体型MEGA:
図3、および、図4は、シールガスケット一体型MEGA45を示す説明図である。図3に、シールガスケット一体型MEGA45のカソード側から見た平面図を示した。また、図4に、シールガスケット一体型MEGA45のアノード側から見た平面図を示した。シールガスケット一体型MEGA45の外形形状は、セパレータ41の外形形状と同じである。
B2. MEGA with integrated seal gasket:
3 and 4 are explanatory views showing a seal gasket-integrated
図示するように、シールガスケット一体型MEGA45は、後述するMEGA部451の周囲をフレーム450によって支持したものである。本実施例では、フレーム450として、シリコーンゴムを用いるものとしたが、これに限られず、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。
As shown in the drawing, the seal gasket-integrated
MEGA部451は、図示は省略するが、電解質膜の一方(カソード側)の面に、カソード用触媒層と、カソード用拡散層とをこの順に積層させ、他方(アノード側)の面に、アノード用触媒層と、アノード用拡散層とを、この順にそれぞれ積層させた膜電極接合体である。本実施例では、アノード用拡散層、および、カソード用拡散層として、金属多孔体を用いるものとした。こうすることによって、アノード、および、カソードの全面に、効率よく拡散させてガスを供給することができる。アノード用拡散層、および、カソード用拡散層として、金属多孔体の代わりに、カーボン等、導電性、および、ガス拡散性を有する他の部材を用いるようにしてもよい。
Although not shown, the
フレーム450には、図示するように、セパレータ41と同様に、空気供給用貫通孔452aと、水素供給用貫通孔454aと、空気排出用貫通孔452bと、水素排出用貫通孔454bと、冷却水供給用貫通孔456aと、冷却水排出用貫通孔456bとが形成されている。そして、これら各貫通孔、および、MEGA部451の周囲には、それぞれシール部、および、支持部が一体的に成形されている。シール部、および、支持部については、後述する。
As shown in the figure, the
具体的には、図3に示したように、シールガスケット一体型MEGA45のカソード側の面には、各貫通孔、および、MEGA部451の周囲に、シール部(カソード側シール部)458aが設けられており、さらにその周囲に、支持部(カソード側支持部)459aが設けられている。カソード側シール部458aは、シールガスケット一体型MEGA45とセパレータ41とを積層させたときに、セパレータ41に当接し、フレーム450のカソード側の面におけるシールライン(カソード側シールライン)を形成する。また、図4に示したように、シールガスケット一体型MEGA45のアノード側の面には、各貫通孔、および、MEGA部451の周囲に、支持部(アノード側支持部)459bが設けられており、さらにその周囲に、シール部(アノード側シール部)458bが設けられている。アノード側シール部458bは、シールガスケット一体型MEGA45とセパレータ41とを積層させたときに、セパレータ41に当接し、フレーム450のアノード側の面におけるシールライン(アノード側シールライン)を形成する。つまり、フレーム450は、水素や、酸素や、冷却水の漏洩を防止するためのガスケットとして機能する。
Specifically, as shown in FIG. 3, a seal portion (cathode side seal portion) 458 a is provided on the cathode side surface of the seal gasket-integrated
図5は、図4におけるA−A断面図である。図5(a)に、シールガスケット一体型MEGA45の断面図を示した。また、図5(b)にシールガスケット一体型MEGA45とセパレータ41とを積層させて、積層方向に締結荷重を加えたときの様子を示した。
5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 5A shows a cross-sectional view of the
図5(a)に示したように、本実施例では、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの断面形状は、半円形であり、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bの断面形状は、矩形であるものとした。そして、カソード側シール部458aの中心軸と、アノード側シール部458bの中心軸とは、ずれている。つまり、カソード側シール部458aと、アノード側シール部458bとは、カソード側シールラインと、アノード側シールラインとが、互いに異なる位置に配置されるように形成されている。また、カソード側シール部458aの中心軸と、アノード側支持部459bの中心軸とは、互いに一致しており、アノード側シール部458bの中心軸と、アノード側支持部459bの中心軸とは、互いに一致している。
As shown in FIG. 5A, in this embodiment, the cathode-
なお、カソード側シール部458aとアノード側シール部458bの高さは、同じである。カソード側支持部459aとアノード側支持部459bの高さは、同じである。また、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの高さh1は、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bの高さよりも高い。これらの高さは、任意に設定可能であり、シールガスケット一体型MEGA45とセパレータ41とを積層させて、積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bから所望の反力が得られるように設定されている。
In addition, the height of the cathode
また、図5(b)に示したように、アノード側支持部459bは、セパレータ41に当接することによって、カソード側シール部458aに対して積層方向に作用する荷重を支持している。また、カソード側支持部459aは、セパレータ41に当接することによって、アノード側シール部458bに対して積層方向に作用する荷重を支持している。
Further, as shown in FIG. 5B, the anode
以上説明した本実施例の燃料電池スタック100によれば、シールガスケット一体型MEGA45において、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bを、カソード側シールラインと、アノード側シールラインとが、互いに異なる位置に配置されるように、所定距離離れた位置に形成されているので、燃料電池スタック100の積層方向に締結荷重を加えたときに、シールガスケット一体型MEGA45におけるカソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bに加わる締結荷重が、それぞれアノード側シール部458b、および、カソード側シール部458aに、直接的に加わらないようにすることができる。したがって、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの位置に、製造上の多少のバラツキが生じても、燃料電池スタック100の積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bが、荷重方向(積層方向)に対して斜めに変形してしまうことを抑制することができる。この結果、シール性能の低下を抑制することができる。
According to the
C.変形例:
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態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なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
C. Variation:
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are possible.
C1.変形例1:
上記実施例では、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの断面形状は、半円形であるものとしたが、これに限られない。
C1. Modification 1:
In the above embodiment, the cross-sectional shapes of the cathode
図6は、変形例としてのカソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bを示す説明図である。ここでは、図4におけるA−A断面図を示した。図6(a)には、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの断面形状が、半楕円形である例を示した。また、図6(b)には、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bの断面形状が、台形である例を示した。なお、図示は省略したが、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bの断面形状も、矩形に限られない。
FIG. 6 is an explanatory view showing a modified cathode
また、上記実施例では、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bが、フレーム450に一体的に形成されているものとしたが、これに限られない。図6(c)に示したように、例えば、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bを別部材として作製し、フレーム450と接合するようにしてもよい。ただし、上記実施例のように、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bを一体的に成形すれば、燃料電池スタック100の製造時の部品点数を減少させ、燃料電池スタック100の製造を容易に行うことができるという利点がある。
In the above embodiment, the cathode
C2.変形例2:
図7は、変形例としてのセパレータ41A、および、シールガスケット一体型MEGA45Aの断面図である。ここでは、図5に示した例と同じ部位の断面図を示した。本変形例では、シールガスケット一体型MEGA45Aは、カソード側支持部459a、および、アノード側支持部459bを備えていない。この代わりに、セパレータ41Aが、シールガスケット一体型MEGA45のアノード側シール部458b、および、カソード側シール部458aと対向する位置に、凸部41Aa,41Abを備えている。そして、この凸部41Aa,41Abは、図からも分かるように、それぞれ上記実施例におけるカソード側支持部459a、アノード側支持部459bと同等の機能を奏する。すなわち、凸部41Aaは、アノード側シール部458bに対して積層方向に作用する荷重を支持し、凸部41Abは、カソード側シール部458aに対して積層方向に作用する荷重を支持している。このようにすることによっても、上記実施例と同様に、燃料電池スタック100の積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部458a、および、アノード側シール部458bが、荷重方向(積層方向)に対して斜めに変形してしまうことを抑制し、シール性能の低下を抑制することができる。
C2. Modification 2:
FIG. 7 is a cross-sectional view of a modified
C3.変形例3:
上記実施例では、セパレータは、カソード対向プレートと、中間プレートと、アノード対向プレートとの3枚のプレートによって構成されているものとしたが、これに限られない。例えば、カーボン等、1つのブロック状の部材を加工して形成したセパレータを用いるものとしてもよい。
C3. Modification 3:
In the above-described embodiment, the separator is configured by three plates including the cathode facing plate, the intermediate plate, and the anode facing plate, but is not limited thereto. For example, a separator formed by processing one block-like member such as carbon may be used.
100...燃料電池スタック
10,70...エンドプレート
20,60...絶縁板
30,50...集電板
40...燃料電池モジュール
41,41A...セパレータ
41Aa,41Ab...凸部
42...カソード対向プレート
422a...空気供給用貫通孔
422b...空気排出用貫通孔
422i...空気供給口
422o...空気排出口
424a...水素供給用貫通孔
424b...水素排出用貫通孔
426a...冷却水供給用貫通孔
426b...冷却水排出用貫通孔
43...中間プレート
432a...空気供給用貫通孔
432b...空気排出用貫通孔
432c...空気供給用流路形成部
432d...空気排出用流路形成部
432e...水素供給用流路形成部
432f...水素排出用流路形成部
434a...水素供給用貫通孔
434b...水素排出用貫通孔
436...冷却水流路形成用貫通孔
44...アノード対向プレート
442a...空気供給用貫通孔
442b...空気排出用貫通孔
444a...水素供給用貫通孔
444b...水素排出用貫通孔
444i...水素供給口
444o...水素排出口
446a...冷却水供給用貫通孔
446b...冷却水排出用貫通孔
45,45A...シールガスケット一体型MEGA
450...フレーム
451...MEGA部
452a...空気供給用貫通孔
452b...空気排出用貫通孔
454a...水素供給用貫通孔
454b...水素排出用貫通孔
456a...冷却水供給用貫通孔
456b...冷却水排出用貫通孔
458a...カソード側シール部
458b...アノード側シール部
459a...カソード側支持部
459b...アノード側支持部
70...エンドプレート
80...テンションプレート
82...ボルト
DESCRIPTION OF
450 ...
Claims (4)
前記積層体は、前記積層体の外周に、前記積層体の表面に供給される反応ガスの漏洩を防止するためのシール部材を一体的に備え、
前記シール部材は、前記シール部材の両面において前記スタック構造の積層方向にそれぞれ突出し、対向する前記セパレータにそれぞれ当接する第1のシール部、および、第2のシール部を備え、
前記第1のシール部、および、前記第2のシール部は、前記積層方向から見て、所定距離離れた位置に形成されている、
燃料電池。 A fuel cell having a stack structure in which a plurality of laminated bodies each having an anode and a cathode disposed on both surfaces of a predetermined electrolyte membrane are laminated with a separator interposed therebetween,
The laminate is integrally provided with a seal member for preventing leakage of a reactive gas supplied to the surface of the laminate on the outer periphery of the laminate,
The seal member includes a first seal portion that protrudes in the stacking direction of the stack structure on both surfaces of the seal member, and abuts against the opposing separator, and a second seal portion,
The first seal part and the second seal part are formed at positions separated by a predetermined distance as seen from the stacking direction.
Fuel cell.
前記シール部材は、さらに、
前記第1のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第1のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第1のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第1の支持部と、
前記第2のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第2のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第2のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第2の支持部と、
を備える燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The sealing member further includes
On the surface on the opposite side of the first seal part, the first seal part is disposed at a position overlapping the first seal part when viewed from the stacking direction, and comes into contact with the separator, thereby making contact with the first seal part. A first support for supporting a load acting in the stacking direction;
On the surface opposite to the second seal portion, the second seal portion is disposed at a position overlapping with the second seal portion when viewed from the stacking direction, and comes into contact with the separator, thereby making contact with the second seal portion. A second support that supports a load acting in the stacking direction;
A fuel cell comprising:
前記第1の支持部、および、前記第2の支持部は、前記シール部材と一体的に形成されている、
燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The first support part and the second support part are formed integrally with the seal member,
Fuel cell.
前記セパレータは、
前記積層体のアノードに対向する平板状のアノード対向プレートと、
前記積層体のカソードに対向する平板状のカソード対向プレートと、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、
を備える燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The separator is
A flat anode facing plate facing the anode of the laminate;
A plate-like cathode facing plate facing the cathode of the laminate;
An intermediate plate sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate;
A fuel cell comprising:
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