JP2010040487A - Fuel battery, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a manufacturing method thereof.
近年、環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が注目されている。燃料電池は膜電極接合体(MEA)とセパレータからなる燃料電池セルの積層構造からなり、燃料電池セルの位置決めには高い精度が要求される。 In recent years, fuel cells have attracted attention in response to social demands and trends against the background of environmental problems. A fuel cell has a laminated structure of fuel cells composed of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator, and high accuracy is required for positioning of the fuel cells.
燃料電池セルの位置決めをする発明に関して、燃料電池の同一の側面を形成する各燃料電池セルの少なくとも一辺に切欠部を設け、該切欠部を固定されたガイドポストに当接させて燃料電池セルを積層させるというものがある(特許文献1)。 Regarding the invention for positioning a fuel cell, a notch is provided on at least one side of each fuel cell forming the same side surface of the fuel cell, and the notch is brought into contact with a fixed guide post to There is a method of laminating (Patent Document 1).
しかし、膜電極接合体は剥離破損しやすいため、上記発明では短時間かつ高精度に位置決めをすることができないという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池積層体の締結時の締結力を利用して、膜電極接合体とセパレータに推進力を発生させてそれぞれ位置決め基準体に突き当てることで、燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現するものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and uses a fastening force at the time of fastening of the fuel cell stack to generate a propulsive force in the membrane electrode assembly and the separator, thereby positioning reference bodies respectively. The fuel cell is positioned in a short time and with high accuracy.
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池は、膜電極接合体と膜電極接合体を両面から挟持するセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体と、燃料電池セルのセパレータと膜電極接合体との間に配置され、基部がセパレータに固定され先端が膜電極接合体と接触した折曲げ片を有する複数のモールと、燃料電池積層体を囲む少なくとも1組の対向する面状体を含む位置決め基準体と、を有し、複数のモールは、基部から先端がセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して膜電極接合体と接触し、接触による摩擦力で膜電極接合体上を滑らずに燃料電池積層体が締結されるときの締結力により角度が小さくなる変形をすることで、膜電極接合体とセパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の膜電極接合体と複数のセパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell cells each including a membrane electrode assembly and a separator sandwiching the membrane electrode assembly from both sides are stacked, and a fuel cell A plurality of moldings having a bent piece disposed between the separator of the cell and the membrane electrode assembly, the base portion being fixed to the separator and the tip contacting the membrane electrode assembly, and at least one set surrounding the fuel cell stack A plurality of moldings that contact the membrane electrode assembly by bending in the same direction at the same angle with respect to the surface of the separator from the base, and the plurality of moldings are in contact with the membrane electrode assembly. Propulsive forces in opposite directions are applied to the membrane electrode assembly and the separator by deforming the angle to be reduced by the fastening force when the fuel cell stack is fastened without sliding on the membrane electrode assembly by frictional force. Generate The number of membrane electrode assemblies and a plurality of separators, characterized in that the align each by impinging respectively on the positioning reference body.
また、本発明に係る燃料電池の製造方法は、膜電極接合体と膜電極接合体を両面から挟持する面状のセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体の、膜電極接合体とセパレータとの位置をそれぞれ揃える、燃料電池製造方法であって、セパレータと膜電極接合体との間に配置され、基部がセパレータに固定され、先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して膜電極接合体と接触する折曲げ片を有する複数のモールを設置した燃料電池積層体を、少なくとも1組の対向する面状体を含む位置決め基準体が燃料電池積層体を囲むように配置させる積層体配置段階と、積層構造を締結することにより、モールが接触による摩擦力で膜電極接合体上を滑らずに角度が小さくなる変形をし、膜電極接合体とセパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の膜電極接合体と複数のセパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える積層体締結段階と、を有することを特徴とする。 The fuel cell manufacturing method according to the present invention includes a membrane electrode of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells including a membrane electrode assembly and a sheet-shaped separator sandwiching the membrane electrode assembly from both sides are stacked. A method of manufacturing a fuel cell in which the positions of a joined body and a separator are respectively aligned, wherein the joined body and the separator are disposed between the separator and the membrane electrode assembly, the base is fixed to the separator, and the tip is at the same angle with respect to the surface of the separator. A fuel cell laminate in which a fuel cell laminate including a plurality of moldings each having a bent piece that is bent in the same direction and is in contact with the membrane electrode assembly is a fuel cell laminate including at least one pair of opposed planar bodies. When the laminated body is disposed so as to surround the laminated body and the laminated structure is fastened, the molding is deformed so that the angle does not slip on the membrane electrode assembly due to the frictional force caused by the contact, and the membrane electrode assembly and the separator are separated. And a laminated body fastening stage that generates thrusts in opposite directions with respect to the sensor and aligns the plurality of membrane electrode assemblies and the plurality of separators by abutting against the positioning reference bodies, respectively. To do.
本発明に係る燃料電池およびその製造方法によれば、燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現することができる。さらに、燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。 According to the fuel cell and the manufacturing method thereof according to the present invention, the positioning of the fuel cell can be realized in a short time and with high accuracy. Furthermore, it is possible to prevent the dynamic deviation of the fuel cell that may occur when the fuel cell stack is fastened or when the fuel cell is mounted on an automobile.
以下に、本発明に係る燃料電池およびその製造方法について、第1実施形態〜第3実施形態に分け、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a fuel cell and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, divided into first to third embodiments.
これらの実施形態の説明をする前に、本発明の理解を容易なものとするために、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明しておく。図1は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図2は、燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大図である。 Before describing these embodiments, the overall configuration of the fuel cell stack will be briefly described in order to facilitate understanding of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of the fuel cell stack, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing a cell structure of the fuel cell stack.
図1に示すように、燃料電池スタック1は、アノード反応ガス(本明細書では水素)とカソード反応ガス(本明細書では酸素)の反応により起電力を生じる単位電池セル(以下、「燃料電池セル」と称する)2を所定数だけ積層して積層体3とされ、その積層体3の両端に集電板4、絶縁板5およびエンドプレート6を配置し、該積層体3の内部に貫通した貫通孔(図示は省略する)にタイロッド7を貫通させ、そのタイロッド7の端部にナット(図示は省略する)を螺合させることで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
この燃料電池スタック1においては、アノード反応ガス、カソード反応ガスおよび液状媒体(具体的には冷却水又は温水)をそれぞれ各燃料電池セル2のセパレータ(図示は省略する)に形成された流路溝に流通させるためのアノード反応ガス供給口8、アノード反応ガス排出口9、カソード反応ガス供給口10、カソード反応ガス排出口11、媒体供給口12および媒体排出口13を、一方のエンドプレート6に形成している。
In the
アノード反応ガスは、アノード反応ガス供給口8より供給されてセパレータに形成されたアノード反応ガス供給用の流路溝を流れ、アノード反応ガス排出口9より排出される。カソード反応ガスは、カソード反応ガス供給口10より供給されてセパレータに形成されたカソード反応ガス供給用の流路溝を流れ、カソード反応ガス排出口11より排出される。液状媒体は、媒体供給口12より供給されてセパレータに形成された媒体供給用の流路溝を流れ、媒体排出口13より排出される。 The anode reaction gas is supplied from the anode reaction gas supply port 8, flows through the anode reaction gas supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the anode reaction gas discharge port 9. The cathode reaction gas is supplied from the cathode reaction gas supply port 10, flows through the cathode reaction gas supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the cathode reaction gas discharge port 11. The liquid medium is supplied from the medium supply port 12, flows through a medium supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the medium discharge port 13.
燃料電池セル2は、図2に示すように、膜電極接合体(以下、MEA(membrane electrode assembly)とも称する。)14と、このMEA14の両面にそれぞれ配置されるセパレータ15とから構成される。以下、MEA14のアノード側に配置されるセパレータ15を、アノードセパレータ15Aと称し、カソード側に配置されるセパレータ15をカソードセパレータ15Bと称する。
As shown in FIG. 2, the
MEA14は、例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜141と、アノード触媒層142Aとガス拡散層143Aからなるアノードとしてのアノード電極144Aと、電極触媒である触媒金属としてのカソード触媒層142Bとガス拡散層143Bからなるカソードとしてのカソード電極144Bとからなる。MEA14は、アノード電極144Aとカソード電極144Bによって、固体高分子電解質膜141をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。
The
セパレータ15は、板厚の薄い導電性金属板を金型で所定形状に成形することにより形成される。セパレータ15は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域(MEA14と接する中央部分の領域)に、凸条部16と凹条部17を交互に形成した凹凸形状(いわゆるコルゲート形状)を有している。
The
MEA14のアノード電極144A側に接して配置されるアノードセパレータ15Aの凸部16Aと凹部17Aは、MEA14との間にアノード反応ガス(水素;H2)を流通させる流路溝となりアノード反応ガス流路(アノードの流路)18を形成する。一方、MEA14のカソード電極144B側に接して配置されるカソードセパレータ15Bの凸部16Bと凹部17Bは、MEA14との間にカソード反応ガス(酸素;O2)を流通させる流路溝となりカソード反応ガス流路(カソードの流路)19を形成する。
The convex portion 16A and the concave portion 17A of the
アノード反応ガス流路18に水素を、カソード反応ガス流路19に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層142Aの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜141を通過する。カソード触媒層142Bでは固体高分子電解質膜141を通過してきた水素と外部回路(図示せず)を経由してきた電子が酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極144Aがマイナスに、カソード電極144Bがプラスになり、図2に示すように、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間で直流電圧が発生する。
When hydrogen is passed through the anode reaction
以下に、第1実施形態から第3実施形態に分けて本発明に係る燃料電池およびその製造方法を具体的に説明する。
[第1実施形態]
図3は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。図4は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルと、燃料電池セルに設置されたモールの構造を示す図である。
Hereinafter, the fuel cell and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail by dividing the first embodiment to the third embodiment.
[First Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing the structure of the fuel cell constituting the fuel cell according to the first embodiment of the present invention and the molding installed in the fuel cell.
図3は、詳細には、スタックケース320に燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体が納められた燃料電池を、前記積層された方向と垂直方向に切断したときの断面図を示した図である。図3に示すように、セパレータ310と膜電極接合体(図示せず。以下、「MEA」と称する。)との間にはモール300を配置する。スタックケース320には、セパレータ位置決め基準体321とMEA位置決め基準体322を設ける。セパレータ位置決め基準体321とMEA位置決め基準体322はスタックケース320の一部をケース内側に面状に突出させることにより設ける。セパレータ位置決め基準体321とMEA位置決め基準体322はテンションプレートの一部に形成してもよい。セパレータ位置決め基準体321とMEA位置決め基準体322は互いに対向させる。後述するように、モール300は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用してセパレータ310とMEAとにそれぞれ互いに逆方向の推進力を発生させる。この推進力により、各セパレータ310はセパレータ位置決め基準体321と突き当たり、その相対位置が揃うこととなる。一方、各MEAはMEA位置決め基準体322と突き当たり、その相対位置が揃うこととなる。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a fuel cell in which a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked in a
図4に示すように、モール400は基部400aと先端400bとを有し、セパレータ410とMEA430との間に2つずつ設ける。燃料電池積層体が締結されるときの締結力によりセパレータ410とMEA430とに互いに逆向きの推進力を効果的に発生させるために、1の燃料電池セルの2つのセパレータにそれぞれ設けたモール400はMEA430に対し面対称となっていることが望ましい。これにより、より効率的かつ確実にセパレータ410とMEA430とに推進力を発生させることができる。モール400はその基部400aはセパレータに固定し、先端400bはMEAと接触させる。モール400は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用して、燃料電池積層体の全てのセパレータ410に、セパレータ410の面方向の推進力を発生させる。同時に、モール400は、締結力を利用して、全てのMEA430に、各セパレータに生じさせた推進力とは逆の方向でMEA430の面方向の推進力を発生させる。すなわち、モール400は、セパレータ410とMEA430に相対的な推進力を発生させる。
As shown in FIG. 4, the molding 400 has a base 400a and a tip 400b, and two moldings are provided between the
燃料電池積層体における各モールの先端400bは、セパレータの面に対し同じ角度かつ同じ方向に折曲させる。そうすることにより、全てのセパレータ410に対し共通の方向の推進力を発生させるとともに、全てのMEA430に対し、それとは逆の共通の方向の推進力を発生させることができる。
The tip 400b of each molding in the fuel cell stack is bent at the same angle and in the same direction with respect to the separator surface. By doing so, a propulsive force in a common direction can be generated for all the
図5は、第1実施形態に係る燃料電池の燃料電池積層体が締結されるときにセパレータとMEAとに発生する推進力を説明するための説明図である。図5の(A)は、前記締結前の燃料電池セルの状態を示す図であり、図5の(B)は、締結後の燃料電池セルの状態を示す図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a driving force generated in the separator and the MEA when the fuel cell stack of the fuel cell according to the first embodiment is fastened. FIG. 5A is a diagram showing a state of the fuel cell before the fastening, and FIG. 5B is a diagram showing a state of the fuel cell after the fastening.
図5の(A)に示すように、燃料電池積層体の締結時には、各セパレータ510に燃料電池積層体の積層方向に対し反対方向の締結力(黒い矢印)を加える。各モール500は各MEAと接触させており、モールの先端とMEAとの間の静摩擦力はある程度大きいため、締結前後においてモール500の先端はMEA上を滑らない。そうすると、締結力は、モール500の先端を通じてMEAに推進力(図の左方向の白い矢印)を発生させる。同時に、締結力は、モール500を変形させるとともにセパレータ510に推進力(図の右方向の白い矢印)を発生させる。締結力がMEA530に対して発生させる推進力とセパレータ510に対して発生させる推進力は互いに逆方向である。ここで、モールは弾性体であって前記変形は弾性変形であることが望ましい。
As shown in FIG. 5A, when the fuel cell stack is fastened, a fastening force (black arrow) in a direction opposite to the stacking direction of the fuel cell stack is applied to each
図5の(B)に示すように、燃料電池積層体の締結後は、各MEA530が前述した推進力によりMEA位置決め基準体542に突き当たることで位置を揃える。また、各セパレータ510も、前述した推進力によりセパレータ位置決め基準体541に突き当たることで位置を揃える。
As shown in FIG. 5B, after the fuel cell stack is fastened, each
このように、本第1実施形態に係る燃料電池によれば、燃料電池積層体の締結と同時に燃料電池セルの位置決めを実施することとなるため、燃料電池セルの位置決めをするための工程を不要とし、かつ燃料電池セルの位置決めを高精度に実現することができる。 As described above, according to the fuel cell according to the first embodiment, since the positioning of the fuel cell is performed simultaneously with the fastening of the fuel cell stack, a process for positioning the fuel cell is unnecessary. In addition, the positioning of the fuel cell can be realized with high accuracy.
また、燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。 In addition, it is possible to prevent a dynamic shift of the fuel cell that may occur when the fuel cell stack is fastened or when the fuel cell is mounted on an automobile.
モールは、絶縁性を有する絶縁部材からなることが望ましい。モール全体が絶縁性を有することにより、MEAを挟むセパレータの位置差が大きい場合でも、セパレータ間の短絡を防止できる。例えば、モールは高分子物質のゴムからなることができる。 The molding is preferably made of an insulating member having insulating properties. Since the whole molding has an insulating property, a short circuit between the separators can be prevented even when the positional difference between the separators sandwiching the MEA is large. For example, the molding can be made of a polymer rubber.
モールは、燃料ガスやLLC(Long Life Coolant)のシールのためのリップシールや、燃料電池セル間の絶縁のための絶縁部材を兼ねてもよい。これにより、さらに、燃料電池の製造コスト低減、工程時間削減を実現できる。 The molding may also serve as a lip seal for sealing fuel gas or LLC (Long Life Coolant) or an insulating member for insulating between fuel cells. Thereby, the manufacturing cost reduction of a fuel cell and process time reduction are further realizable.
第1実施形態に係る燃料電池の構成要素であるモールは、燃料電池積層体の形成時における燃料電池セルの積層位置決め精度を考慮して、その形状、寸法を決める必要がある。以下、モールの形状、寸法の決め方について説明する。 The molding, which is a component of the fuel cell according to the first embodiment, needs to be determined in shape and size in consideration of the stacking positioning accuracy of the fuel cells when the fuel cell stack is formed. Hereinafter, how to determine the shape and dimensions of the mall will be described.
図6は、第1実施形態に係る燃料電池のモールの変形前後の形状、寸法を示す図である。図6の(A)は、変形前のモール600の形状、寸法を示し、図6の(B)は、変形後のモール600の形状、寸法を示すものである。
FIG. 6 is a view showing shapes and dimensions before and after deformation of the molding of the fuel cell according to the first embodiment. 6A shows the shape and dimensions of the
上述したように、各モール600は基部600aと先端600bとを有し、先端600bは、基部600aからセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲させる。図6の(A)は、前記角度をθ1で示した。図6の(A)に示すような角度θ1で基部600aからセパレータの面に対し折曲させたモール600を、各セパレータへの設置方向を揃えて設置することにより、先端を基部からセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲させた状態とすることができる。
As described above, each
図6のLは、モールの先端600bのうち、基部600aからMEAと接触する接触点までの長さである。燃料電池積層体の締結時の締結力によりモール600の前記角度がθ1からθ2に変形する。このとき、モールの先端600bはMEA上を滑らないので、モールの基部600aが固定されたセパレータと、モールの先端600bが接触しているMEAと、の相対的な位置変化xは、下記式(1)で与えられる。
L in FIG. 6 is the length from the base 600a to the contact point in contact with the MEA in the
前記相対位置変化xは、セパレータとMEAの相対位置を変化させうる最大値である。そうすると、相対位置変化xは、燃料電池セルの積層位置決め精度より大きくする必要がある。なぜなら、相対位置変化xが燃料電池セルの積層位置決め精度より小さい場合は、セパレータとMEAとが相対位置を最大限変化させても燃料電池セルの積層位置決め精度を吸収できないこととなるからである。したがって、モールの先端の基部からMEAと接触する接触点までの長さLは下記式(2)を満たす必要がある。モールの形状、寸法をこのように決めることにより、燃料電池セルの積層位置決め精度の許容量を大きくすることが可能となるため、燃料電池セルの積層に関する設備コスト低減および工程時間削減を実現できる。 The relative position change x is a maximum value that can change the relative position of the separator and the MEA. Then, the relative position change x needs to be larger than the stacking positioning accuracy of the fuel cells. This is because if the relative position change x is smaller than the stack positioning accuracy of the fuel cell, the stack positioning accuracy of the fuel cell cannot be absorbed even if the separator and the MEA change the relative position to the maximum. Therefore, the length L from the base at the tip of the molding to the contact point that contacts the MEA needs to satisfy the following formula (2). By determining the shape and dimensions of the molding in this way, it becomes possible to increase the allowable amount of stacking positioning accuracy of the fuel cells, so that it is possible to reduce the equipment cost and the process time for stacking the fuel cells.
ここで、sは燃料電池セルの積層位置決め精度である。 Here, s is the stacking positioning accuracy of the fuel cells.
モール600とMEAの静摩擦力は、MEAとセパレータ間の摺動抵抗値と同じとすることが望ましい。燃料電池セルの位置決めを高精度に実現するためである。
The static frictional force between the
また、燃料電池セルを構成するMEAおよびセパレータがそれぞれMEA位置決め基準体およびセパレータ位置決め基準体に突き当たった後は、モールの先端がMEA上を滑るようにすることが望ましい。これにより、燃料電池セルが位置決め基準体に突き当たった後、モールの倒れ力を確実に開放でき、燃料電池セルの位置決めを高精度かつ短時間に実現できる。 In addition, it is desirable that the tip of the molding slide on the MEA after the MEA and the separator constituting the fuel battery cell contact the MEA positioning reference body and the separator positioning reference body, respectively. Thereby, after the fuel cell hits the positioning reference body, the collapse force of the molding can be surely released, and the positioning of the fuel cell can be realized with high accuracy and in a short time.
第1実施形態におけるセパレータ位置決め基準体とMEA位置決め基準体は本発明の位置決め基準体に相当する。 The separator positioning reference body and the MEA positioning reference body in the first embodiment correspond to the positioning reference body of the present invention.
以下に、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の効果を示す。
・燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現することができる。
・燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
・燃料電池セルの積層位置決め精度の許容量を大きくすることができ、設備コスト低減および工程時間削減を実現できる。
・燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
・MEAを挟むセパレータの位置差が大きい場合でも、セパレータ間の短絡を防止できる。
[第2実施形態]
図7は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、セパレータ位置決め基準体とMEA位置決め基準体をそれぞれ2つ有する点である。また、モールの先端の折曲する方向をセパレータおよびMEAがそれぞれ2つのセパレータ位置決め基準体およびMEA位置決め基準体に突き当たる方向とする点である。以下、第2実施形態に係る燃料電池について詳細に説明するが、前述した第1実施形態と共通する説明は省略する。
The effects of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention will be described below.
-Positioning of fuel cells can be realized in a short time and with high accuracy.
-It is possible to prevent a dynamic displacement of the fuel cell that may occur when the fuel cell stack is fastened or when the fuel cell is mounted on an automobile.
-Tolerance of stacking positioning accuracy of fuel cells can be increased, and equipment cost and process time can be reduced.
-It is possible to prevent a dynamic displacement of the fuel cell that may occur when the fuel cell stack is fastened or when the fuel cell is mounted on an automobile.
-Even when the position difference between the separators sandwiching the MEA is large, a short circuit between the separators can be prevented.
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that there are two separator positioning reference bodies and two MEA positioning reference bodies. Further, the direction in which the tip of the molding is bent is the direction in which the separator and the MEA abut against the two separator positioning reference bodies and the MEA positioning reference body, respectively. Hereinafter, the fuel cell according to the second embodiment will be described in detail, but the description common to the first embodiment described above will be omitted.
図7に示すように、セパレータ710とMEA(図示せず)との間にはモール700を複数配置する。スタックケース720には、対向する第1セパレータ位置決め基準体721aおよび第1MEA位置決め基準体722aと、対向する第2セパレータ位置決め基準体721bおよび第2MEA位置決め基準体722bとを設ける。これら4つの位置決め基準体はスタックケース720の一部をケース内側に面状に突出させることにより設ける。モール700は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用してセパレータ710とMEAとにそれぞれ互いに逆方向の推進力を発生させる。この推進力により、各セパレータ710は、第1セパレータ位置決め基準体721aと第2セパレータ位置決め基準体721bとに同時に突き当たることにより位置を揃える。一方、各MEAは、第1MEA位置決め基準体722aと第2MEA位置決め基準体722bとに同時に突き当たることにより位置を揃える。
As shown in FIG. 7, a plurality of
モール700はセパレータ710とMEAとの間に複数設ける。燃料電池積層体が締結されるときの締結力によりセパレータ710とMEAとにそれぞれ逆方向の推進力を効果的に発生させるために、1の燃料電池セルの2つのセパレータにそれぞれ設けた複数のモール700はMEAに対し面対称となっていることが望ましい。モール700はその基部をセパレータに固定し、先端をMEAと接触させる。モール700は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用して、燃料電池積層体の全てのセパレータ710に、セパレータ710の面方向の推進力を発生させる。同時に、モール700は、締結力を利用して、全てのMEAに、各セパレータに生じさせた推進力とは逆の方向でMEAの面方向の推進力を発生させる。すなわち、モール700は、セパレータ710とMEAに相対的な推進力を発生させる。
A plurality of
燃料電池積層体における各モールの先端は、セパレータの面に対し同じ角度かつ同じ方向に折曲させる。そうすることにより、全てのセパレータ710に対し共通の方向の推進力を発生させるとともに、全てのMEAに対し、それとは逆の共通の方向の推進力を発生させることができる。
The tip of each molding in the fuel cell stack is bent at the same angle and in the same direction with respect to the separator surface. By doing so, a propulsive force in a common direction can be generated for all the
各モール700の先端を折曲させる方向は、各セパレータ710が2つのセパレータ位置決め基準体721a、721bに同時に突き当たり、かつ、各MEAが2つのMEA位置決め基準体722a、722bに同時に突き当たる方向とする。例えば、図7に示すように、各モール700の先端を折曲させる方向を、第1MEA位置決め基準体722aと第2MEA位置決め基準体722bとを構成する面をそれぞれ延伸したときになす角を2分の1に分割する方向としてもよい。
The direction in which the tip of each
燃料電池積層体の締結後は、各MEAは、前述した推進力により、第1MEA位置決め基準体722aと第2MEA位置決め基準体722bという面状の2つのMEA位置決め基準体に同時に突き当たることで、各MEAの2つの辺が位置決め基準に揃うことになる。また、同時に各セパレータも推進力により、第1セパレータ位置決め基準体721aと第2セパレータ位置決め基準体721bという面状の2つのセパレータ位置決め基準体に同時に突き当たることで、各セパレータの2つの辺が位置決め基準に揃うことになる。
After the fuel cell stack is fastened, each MEA simultaneously abuts against the two planar MEA positioning reference bodies, ie, the first MEA positioning reference body 722a and the second MEA
このように、第2実施形態に係る燃料電池によれば、第1実施形態に係る燃料電池よりもより高精度に燃料電池セルの位置決めを実現することができる。 Thus, according to the fuel cell according to the second embodiment, positioning of the fuel cell can be realized with higher accuracy than the fuel cell according to the first embodiment.
ここで、第2実施形態における第1セパレータ位置決め基準体は本発明の一方の組の第1面状体に、第2セパレータ位置決め基準体は他方の組の第1面状体に、第1MEA位置決め基準体は一方の組の第2面状体に、第2MEA位置決め基準体は他方の組の第2面状体に相当する。 Here, the first separator positioning reference body in the second embodiment is positioned on one set of first planar bodies, and the second separator positioning reference body is positioned on the other set of first planar bodies. The reference body corresponds to one set of second planar bodies, and the second MEA positioning reference body corresponds to the other set of second planar bodies.
本発明の第2実施形態に係る燃料電池の運転方法は、第1実施形態が有する効果に加えて、以下の効果を有する。
・第1実施形態に対し、燃料電池セルの位置決めをさらに高精度に実現することができる。
[第3実施形態]
図8は、本発明の第3実施形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートを示す図である。以下、第3実施形態に係る燃料電池の製造方法についてステップごとに詳細に説明する。
The fuel cell operating method according to the second embodiment of the present invention has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
-With respect to the first embodiment, the positioning of the fuel cell can be realized with higher accuracy.
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a view showing a flowchart of a method of manufacturing a fuel cell according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the fuel cell according to the third embodiment will be described in detail for each step.
〔S800〕
燃料電池積層体の周りに位置決め基準体を配置する。
[S800]
A positioning reference body is disposed around the fuel cell stack.
燃料電池積層体は、複数の燃料電池セルが、積層装置に依存する位置決め精度内の位置ズレを有し積層されてなる。燃料電池セルのセパレータとMEAとの間にはモールが配置されている。モールについては第1実施形態または第2実施形態と同様であるため説明は省略する。 The fuel cell stack is formed by stacking a plurality of fuel cells with a positional deviation within the positioning accuracy depending on the stacking apparatus. A molding is disposed between the separator of the fuel cell and the MEA. Since the mall is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, the description thereof is omitted.
図9は、燃料電池積層体の周りに位置決め基準体を配置した状態を示す図である。位置決め基準体910a、910bは少なくとも1組の対向する面状体を含む必要がある。位置決め基準体910a、910bは、その面状体が燃料電池積層体900の対向する各側面と平行をなすように、燃料電池積層体900を囲んで配置する。
FIG. 9 is a view showing a state in which a positioning reference body is arranged around the fuel cell stack. The
ここで、図9には位置決め基準体910a、910bを燃料電池積層体製造時の治具970の一部として示しているが、位置決め基準体910a、910bは、第1実施形態および第2実施形態と同様に、スタックケースの一部であってもよい。
Here, FIG. 9 shows the
〔S810〕
燃料電池セル間にエアを吹き込む。
[S810]
Air is blown between the fuel cells.
図10は、燃料電池積層体にエア1070を吹き込むことにより燃料電池セル間にエア1070が吹き込まれた状態を示す図である。図10に示すように、燃料電池セル間にエアが吹き込まれることによりMEA1030とセパレータ1010間にエア1070が流入し、MEA1030とセパレータ1010とが接触する度合を軽減することができる。すなわち、MEA1030とセパレータ1010間の摺動抵抗値を小さくすることができる。
FIG. 10 is a diagram showing a state in which
〔S820〕
燃料電池積層体を締結する。
[S820]
The fuel cell stack is fastened.
前ステップS810により燃料電池セル間にエアを吹き込み、燃料電池セルのMEAとセパレータとの間にエアを流入させた状態で前記積層構造を締結する。締結時には、モール1000がMEA1030との接触による摩擦力でMEAを滑らずに変形し、MEA1030とセパレータ1010に対し互いに反対方向の推進力を発生させ、各MEAと各セパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える。
In the previous step S810, air is blown between the fuel cells, and the laminated structure is fastened in a state where air is introduced between the MEA of the fuel cells and the separator. At the time of fastening, the
上述したように、第3実施形態によればMEA1030とセパレータ1010間の摺動抵抗値を小さくすることができる。摺動抵抗値を小さくできるということは、小さい推進力でMEA1030とセパレータ1010との相対的位置変化を生じさせることができることを意味する。したがって、モールが変形しないで耐えうる力は小さくてよく、結果としてモールを小型化することができるため、燃料電池の出力密度の向上、製造コストの低減が可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the sliding resistance value between the
ここで、第3実施形態におけるステップS800は本発明の積層体配置段階に、ステップS810およびS820は積層体締結段階に相当する。 Here, step S800 in the third embodiment corresponds to the laminate arrangement stage of the present invention, and steps S810 and S820 correspond to the laminate fastening stage.
本発明の第3実施形態に係る燃料電池の製造方法は、第1実施形態および第2実施形態が有する効果に加えて、以下の効果を有する。
・モールを小型化することができるため、燃料電池の出力密度の向上、製造コストの低減が可能となる。
The fuel cell manufacturing method according to the third embodiment of the present invention has the following effects in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment.
-Since the molding can be reduced in size, the output density of the fuel cell can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
1 燃料電池スタック、
2 燃料電池セル、
300、400、600、700、1000 モール、
310、410、510、710、1010 セパレータ、
320、720 スタックケース(位置決め基準体)、
321、541 セパレータ位置決め基準体(位置決め基準体)、
322、542 MEA位置決め基準体(位置決め基準体)、
430、530、1030 MEA、
721a 第1セパレータ位置決め基準体(位置決め基準体、第1面状体)、
721b 第2セパレータ位置決め基準体(位置決め基準体、第2面状体)、
722a 第1MEA位置決め基準体(位置決め基準体、第1面状体)、
722b 第2MEA位置決め基準体(位置決め基準体、第2面状体)、
900 燃料電池積層体、
910a、910b 位置決め基準体(位置決め基準体)、
1070 エア。
1 Fuel cell stack,
2 fuel cells,
300, 400, 600, 700, 1000 malls,
310, 410, 510, 710, 1010 separator,
320, 720 stack case (positioning reference body),
321, 541 Separator positioning reference body (positioning reference body),
322, 542 MEA positioning reference body (positioning reference body),
430, 530, 1030 MEA,
721a first separator positioning reference body (positioning reference body, first planar body),
721b second separator positioning reference body (positioning reference body, second planar body),
722a first MEA positioning reference body (positioning reference body, first planar body),
722b second MEA positioning reference body (positioning reference body, second planar body),
900 fuel cell stack,
910a, 910b positioning reference body (positioning reference body),
1070 Air.
Claims (9)
前記燃料電池セルの前記セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、基部が前記セパレータに固定され先端が前記膜電極接合体と接触した折曲げ片を有する複数のモールと、
前記燃料電池積層体を囲む少なくとも1組の対向する面状体を含む位置決め基準体と、を有し、
前記複数のモールは、前記基部から前記先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して前記膜電極接合体と接触し、前記接触による摩擦力で前記膜電極接合体上を滑らずに燃料電池積層体が締結されるときの締結力により前記角度が小さくなる変形をすることで、前記膜電極接合体と前記セパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の前記膜電極接合体と複数の前記セパレータとが前記位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells including a membrane electrode assembly and a separator that sandwiches the membrane electrode assembly from both sides are stacked; and
A plurality of moldings arranged between the separator of the fuel cell and the membrane electrode assembly, having a bent piece whose base is fixed to the separator and whose tip is in contact with the membrane electrode assembly;
A positioning reference body including at least one pair of opposed planar bodies surrounding the fuel cell stack,
The plurality of moldings are bent in the same direction at the same angle with respect to the surface of the separator from the base and contact with the membrane electrode assembly, and on the membrane electrode assembly by a frictional force due to the contact. By deforming the angle to be reduced by the fastening force when the fuel cell stack is fastened without slipping, the membrane electrode assembly and the separator are generated in a mutually opposite direction, and a plurality of the thrusts are generated. A fuel cell, wherein the membrane electrode assembly and the plurality of separators abut each other on the positioning reference body to align the positions.
前記複数のモールの先端の前記折曲する方向は、複数の前記膜電極接合体が前記2組のうち一方の組の第1面状体および他方の組の第2面状体に突き当たることで位置を揃え、かつ、複数の前記セパレータが前記2組のうち一方の組の第2面状体および他方の組の第1面状体に突き当たることで位置を揃える方向であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池。 The positioning reference body includes two sets of opposing first and second planar bodies,
The bending direction of the ends of the plurality of moldings is such that a plurality of the membrane electrode assemblies hit one of the two sets of first planar bodies and the other pair of second planar bodies. The plurality of separators are in a direction in which the plurality of separators are aligned by abutting against one of the two sets of the second sheet and the other set of the first sheet. The fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
前記セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、基部が前記セパレータに固定され、先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して前記膜電極接合体と接触する折曲げ片を有する複数のモールを設置した前記燃料電池積層体を、少なくとも1組の対向する面状体を含む位置決め基準体が前記燃料電池積層体を囲むように配置させる積層体配置段階と、
前記燃料電池積層体を締結することにより、前記モールが前記接触による摩擦力で前記膜電極接合体上を滑らずに前記角度が小さくなる変形をし、前記膜電極接合体と前記セパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の前記膜電極接合体と複数の前記セパレータとが前記位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える積層体締結段階と、
を有することを特徴とする燃料電池製造方法。 The positions of the membrane electrode assembly and the separator are aligned in a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells including a membrane electrode assembly and a sheet-shaped separator that sandwiches the membrane electrode assembly from both sides are stacked. A fuel cell manufacturing method comprising:
Folded between the separator and the membrane electrode assembly, the base is fixed to the separator, and the tip is bent in the same direction at the same angle with respect to the surface of the separator and is in contact with the membrane electrode assembly. A stack arrangement step of arranging the fuel cell stack including a plurality of moldings having bent pieces so that a positioning reference body including at least one pair of opposed planar bodies surrounds the fuel cell stack;
By fastening the fuel cell stack, the molding is deformed so that the angle is reduced without sliding on the membrane electrode assembly due to the frictional force due to the contact, and the membrane electrode assembly and the separator are mutually connected. A laminate fastening stage that generates a driving force in the opposite direction and aligns the plurality of membrane electrode assemblies and the plurality of separators by abutting against the positioning reference bodies, respectively.
A fuel cell manufacturing method comprising:
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