JP2010049924A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】中間プレートセット時のガス流路のガス供給、排出マニホールドに対する位置ずれをなくし、ガス流路幅を均等にしてガスの供給、排出を安定化し、圧損バラツキの発生を抑止できる燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】カソード側、アノード側の両プレートによって中間プレート13を狭持して冷媒流路を形成する燃料電池用セパレータに位置決め凸部51,52を設ける。燃料ガスの供給に関しては、中間プレート13のセット位置を決めて、各プレートを貫通する燃料ガス供給マニホールド24及びアノード側プレート14に形成された穴部29相互間を連通する複数の連通部74を整列させるように、上記位置決め凸部51,52を設け、複数の連通部74におけるガス流路幅を均等にする。その他のガスの供給、排出についても同様に位置決め凸部を設けて複数の連通部を整列させ、ガス供給、排出マニホールドに対する複数の連通部におけるガス流路幅を均等にする。
【選択図】図5
【解決手段】カソード側、アノード側の両プレートによって中間プレート13を狭持して冷媒流路を形成する燃料電池用セパレータに位置決め凸部51,52を設ける。燃料ガスの供給に関しては、中間プレート13のセット位置を決めて、各プレートを貫通する燃料ガス供給マニホールド24及びアノード側プレート14に形成された穴部29相互間を連通する複数の連通部74を整列させるように、上記位置決め凸部51,52を設け、複数の連通部74におけるガス流路幅を均等にする。その他のガスの供給、排出についても同様に位置決め凸部を設けて複数の連通部を整列させ、ガス供給、排出マニホールドに対する複数の連通部におけるガス流路幅を均等にする。
【選択図】図5
Description
本発明は、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)と積層されることによって燃料電池を構成する燃料電池用セパレータに関するものである。
従来、この種の技術としては特許文献1に記載のものがあった。
これは、第1プレートと、第2プレートと、これら両プレート相互間に挟持されるプレートであって、積層時に電解質層及び電極層と重なる領域の一部に、厚さ方向に貫通し、冷媒が流れる冷媒流路を第1プレートと第2プレートとの間に形成する冷媒流路形成部を備える第3プレートとを備える。そして、冷媒流路に配置されると共に、燃料電池の発電時におけるセパレータ面内の温度分布において、より温度が高くなる領域ほど冷媒の流速が速くなるように、冷媒流路内における冷媒の流速を調整する流速調整部を備える、というものである。
これは、第1プレートと、第2プレートと、これら両プレート相互間に挟持されるプレートであって、積層時に電解質層及び電極層と重なる領域の一部に、厚さ方向に貫通し、冷媒が流れる冷媒流路を第1プレートと第2プレートとの間に形成する冷媒流路形成部を備える第3プレートとを備える。そして、冷媒流路に配置されると共に、燃料電池の発電時におけるセパレータ面内の温度分布において、より温度が高くなる領域ほど冷媒の流速が速くなるように、冷媒流路内における冷媒の流速を調整する流速調整部を備える、というものである。
上記従来技術によれば、燃料電池内部に冷媒を流通させる際に、燃料電池の内部温度をセル面内で均等化できるという利点を有するが、次のような課題が残されていた。
すなわち、上記第3プレートはラミネート樹脂等の剛性の低い材質によって形成されており、このため第1プレート、第2プレートへのセット時に、第3プレートのガス供給、排出流路をガス供給、排出マニホールドに位置決めすることが難しかった。
このガス供給、排出マニホールドに対するガス供給、排出流路の位置決めが適正に行われないと、ガス供給、排出流路の幅が不均等になり、ガスの供給、排出が安定せず、圧損バラツキの原因になる。
そこで従来、第1プレート、第2プレートへの第3プレート(中間プレート)のセット時におけるガス供給、排出流路のガス供給、排出マニホールドへの位置ずれをなくすことが課題となっていた。
すなわち、上記第3プレートはラミネート樹脂等の剛性の低い材質によって形成されており、このため第1プレート、第2プレートへのセット時に、第3プレートのガス供給、排出流路をガス供給、排出マニホールドに位置決めすることが難しかった。
このガス供給、排出マニホールドに対するガス供給、排出流路の位置決めが適正に行われないと、ガス供給、排出流路の幅が不均等になり、ガスの供給、排出が安定せず、圧損バラツキの原因になる。
そこで従来、第1プレート、第2プレートへの第3プレート(中間プレート)のセット時におけるガス供給、排出流路のガス供給、排出マニホールドへの位置ずれをなくすことが課題となっていた。
本発明は、中間プレートのセット時におけるガス供給、排出流路のガス供給、排出マニホールドに対する位置ずれをなくし、ガス供給、排出流路の幅を均等にして、ガスの供給、排出を安定化し、圧損バラツキの発生を抑止できる燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。
上記課題は、燃料電池用セパレータを下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、1つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、1つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
以下の各項のうち、(1)項が請求項1に、(2)項が請求項2に、(3)項が請求項3に、各々対応する。(4)項は請求項に係る発明ではない。
(1)カソード側プレートとアノード側プレートとによって中間プレートを狭持して冷媒流路を形成する燃料電池用セパレータであって、前記中間プレートのセット位置を決めて、前記カソード側プレート、中間プレート及びアノード側プレートを貫通して設けられたガス排出マニホールド又は供給マニホールドに一端が連通し、他端側が前記カソード側プレート又はアノード側プレートに形成されたガス出入口に連通する複数のガス流路を整列させる位置決め凸部を、前記カソード側プレート若しくはアノード側プレート、又はそれらの両プレートに設けたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
本発明は、中間プレートが剛性の低い樹脂等の材質で形成されている場合に顕著な効果がある。
(2)前記位置決め凸部を、前記中間プレートの一部を両側方から挟む位置に対向して設けたことを特徴とする(1)に記載の燃料電池用セパレータ。
(3)前記位置決め凸部を、前記ガス出入口に対応する位置よりも、前記中間プレートの内方側に設けたことを特徴とする(1)項又は(2)項に記載の燃料電池用セパレータ。
(4)前記位置決め凸部は、カソード側プレート又はアノード側プレートをプレス加工することによって形成されることを特徴とする(1)項、(2)項又は(3)項に記載の燃料電池用セパレータ。
本項に記載の燃料電池用セパレータによれば、位置決め凸部を簡単かつ低コストにて設けることができる。
本発明は、中間プレートが剛性の低い樹脂等の材質で形成されている場合に顕著な効果がある。
(2)前記位置決め凸部を、前記中間プレートの一部を両側方から挟む位置に対向して設けたことを特徴とする(1)に記載の燃料電池用セパレータ。
(3)前記位置決め凸部を、前記ガス出入口に対応する位置よりも、前記中間プレートの内方側に設けたことを特徴とする(1)項又は(2)項に記載の燃料電池用セパレータ。
(4)前記位置決め凸部は、カソード側プレート又はアノード側プレートをプレス加工することによって形成されることを特徴とする(1)項、(2)項又は(3)項に記載の燃料電池用セパレータ。
本項に記載の燃料電池用セパレータによれば、位置決め凸部を簡単かつ低コストにて設けることができる。
(1)項に記載の発明によれば、中間プレートのセット時におけるガス供給、排出流路のガス供給、排出マニホールドに対する位置ずれをなくし、ガス供給、排出流路の幅を均等にして、ガスの供給、排出を安定化し、圧損バラツキの発生を抑止できる燃料電池用セパレータを提供できる。
(2)項に記載の発明によれば、中間プレートのセット時におけるガス供給マニホールドに対する位置ずれを効果的になくすことができ、圧損バラツキの発生をより抑止可能な燃料電池用セパレータを提供できる。
(3)項に記載の発明によれば、ガス排出マニホールド又は供給マニホールド、連通部及びガス出入口を通るガスの流れを位置決め凸部が妨げないという効果がある。
なお、(4)項に記載の発明は、本発明(特許請求の範囲に記載した発明)ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
(2)項に記載の発明によれば、中間プレートのセット時におけるガス供給マニホールドに対する位置ずれを効果的になくすことができ、圧損バラツキの発生をより抑止可能な燃料電池用セパレータを提供できる。
(3)項に記載の発明によれば、ガス排出マニホールド又は供給マニホールド、連通部及びガス出入口を通るガスの流れを位置決め凸部が妨げないという効果がある。
なお、(4)項に記載の発明は、本発明(特許請求の範囲に記載した発明)ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図1は、本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。
図示するように燃料電池は、セパレータ10と、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)30と、ガス流路形成部40,41とを順次積層した積層体を備えている。
この場合、セパレータ10は、カソード側プレート12、中間プレート13及びアノード側プレート14の3層からなる。MEA30とガス流路形成部40,41とは、発電の単位である単セル60を形成しているが、上記セパレータ10は、各単セル60間に配設されて、内部に冷媒流路18を形成している。
このような単セル60及びセパレータ10からなる構成の単位を繰り返し積層することによって燃料電池が構成される。
図1は、本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。
図示するように燃料電池は、セパレータ10と、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)30と、ガス流路形成部40,41とを順次積層した積層体を備えている。
この場合、セパレータ10は、カソード側プレート12、中間プレート13及びアノード側プレート14の3層からなる。MEA30とガス流路形成部40,41とは、発電の単位である単セル60を形成しているが、上記セパレータ10は、各単セル60間に配設されて、内部に冷媒流路18を形成している。
このような単セル60及びセパレータ10からなる構成の単位を繰り返し積層することによって燃料電池が構成される。
図2は、図1中のセパレータ10を構成するカソード側プレート12、中間プレート13、及びアノード側プレート14の概略平面図で、(a)はカソード側プレート12、(b)は中間プレート13、(c)はアノード側プレート14を、各々示す。なお図1は、平面形状が長方形の燃料電池の短手方向の断面を示しており、その断面位置を代表して図2(a)中にI−I線にて示す。
図2(a)〜(c)に示すように、セパレータ10を構成する各プレート12〜14は、外形状、寸法がほぼ等しい長方形の薄板状部材である。各プレート12〜14は、外周部の互いに対応する位置に、辺に沿って細長く形成される複数の穴部20〜25を有している。これら複数の穴部20〜25は、セパレータ10及び単セル60を積層して燃料電池を組み立てたときに、燃料電池内部を積層方向に貫通し、内部を所定の流体が流れるマニホールドを形成する。
すなわち、各プレート12〜14の対応する所定の一辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では6個の穴部20が設けられており、また、各プレート12〜14の上記所定の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では6個の穴部21が設けられている。この場合、穴部20は、電気化学反応に供される酸化ガスが流れる酸化ガス供給マニホールドを形成し、穴部21は、電気化学反応に供された酸化ガスが流入する酸化ガス排出マニホールドを形成する。
なお酸化ガスは、酸素を含有するガスであり、ここでは空気を用いている。
なお酸化ガスは、酸素を含有するガスであり、ここでは空気を用いている。
各プレート12〜14の更に他の一辺の近傍には、この辺に沿って2つの穴部22,23が設けられている。この場合、穴部20が設けられた辺側には穴部22が設けられ、穴部21が設けられた辺側には穴部23が設けられている。この場合、穴部22は、セパレータ10内の冷媒流路18へと分配される冷媒が流れる冷媒供給マニホールドを形成し、穴部23は、電気化学反応に供された燃料ガスが流入する燃料ガス排出マニホールドを形成する。
なお冷媒としては、例えば不凍液や空気が用いられている。また燃料ガスは、水素を含有するガスであり、ここでは水素ガスを用いている。
なお冷媒としては、例えば不凍液や空気が用いられている。また燃料ガスは、水素を含有するガスであり、ここでは水素ガスを用いている。
上記各プレート12〜14の、他の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って2つの穴部24,25が設けられている。この場合、穴部20が設けられた辺側には穴部24が設けられ、穴部21が設けられた辺側には穴部25が設けられている。この場合、穴部24は、電気化学反応に供される燃料ガスが流れる燃料ガス供給マニホールドを形成し、穴部25は、セパレータ10内の冷媒流路18から排出された冷媒が流入する冷媒排出マニホールドを形成する。
なお、穴部に付された符号20〜25は、便宜上、各々対応するマニホールドにも付した。
なお、穴部に付された符号20〜25は、便宜上、各々対応するマニホールドにも付した。
カソード側プレート12は、その外周部に、穴部20〜25に加えて、細長い複数の穴部26,27を備えている。この場合、穴部26は、複数の穴部20の各々に対応して各々の穴部20の近傍に設けられており、穴部20よりも内側において各穴部20に対して平行に形成されている。また穴部27は、複数の穴部21の各々に対応して各々の穴部21の近傍に設けられており、穴部21よりも内側において各穴部21に対して平行に形成されている。
中間プレート13には、外周部に形成される穴部20〜25に加えて、外周部を除く中央部を貫通する略四角形状の穴部である冷媒流路形成部15が形成されている。この冷媒流路形成部15は、中間プレート13がカソード側プレート12とアノード側プレート14とに挟持されたときに、冷媒流路18となる空間を形成する。また、中間プレート13では、穴部20,21、23,24は、他のプレート12,14とは異なる形状を有しており、各穴部20,21、23,24のプレート中央部側の辺が、プレート中央部側へと突出する複数の突出部を備える形状となっている。各穴部20,21、23,24が有する上記複数の突出部を、それぞれ、連通部70,71,73,74という。
また中間プレート13は、穴部22と冷媒流路形成部15とを連通させる複数の貫通孔72を備えている。この複数の貫通孔72は、中間プレート13の長辺方向と平行に、穴部22と冷媒流路形成部15との間を連通させるように、互いに略平行に形成されている。更に中間プレート13は、貫通孔72と同様に、穴部25と冷媒流路形成部15とを連通させる複数の貫通孔75を備えている。
また中間プレート13は、穴部22と冷媒流路形成部15とを連通させる複数の貫通孔72を備えている。この複数の貫通孔72は、中間プレート13の長辺方向と平行に、穴部22と冷媒流路形成部15との間を連通させるように、互いに略平行に形成されている。更に中間プレート13は、貫通孔72と同様に、穴部25と冷媒流路形成部15とを連通させる複数の貫通孔75を備えている。
アノード側プレート14は、その外周部に、穴部20〜25に加えて、穴部28,29を備えている。穴部28は、穴部23の近傍に設けられ、穴部23よりも内側において穴部23に対して略平行に形成された細長い穴部である。穴部29は、穴部24の近傍に設けられており、穴部24よりも内側において穴部24に対して略平行に形成された細長い穴部である。
なお、カソード側プレート12に設けられた穴部26と、中間プレート13に設けられた連通部70とは、酸化ガス供給マニホールド20を流れる酸化ガスを、セパレータ10内部を通って、ガス流路形成部40が配設されたセパレータ10表面へと導く酸化ガス供給路を形成する。そして、カソード側プレート12に設けられた穴部27と、中間プレート13に設けられた連通部71とは、ガス流路形成部40が配設されたセパレータ10表面から、セパレータ10内部を通って、酸化ガス排出マニホールド21へと酸化ガスを導く酸化ガス排出路を形成する。
また、アノード側プレート14に設けられた穴部29と、中間プレート13に設けられた連通部74とは、燃料ガス供給マニホールド24を流れる燃料ガスを、セパレータ10内部を通って、ガス流路形成部41が配設されたセパレータ10表面へと導く燃料ガス供給路を形成する。そして、アノード側プレート14に設けられた穴部28と、中間プレート13に設けられた連通部73とは、ガス流路形成部41が配設されたセパレータ10表面から、セパレータ10内部を通って、燃料ガス排出マニホールド23へと燃料ガスを導く燃料ガス排出路を形成する。
また、アノード側プレート14に設けられた穴部29と、中間プレート13に設けられた連通部74とは、燃料ガス供給マニホールド24を流れる燃料ガスを、セパレータ10内部を通って、ガス流路形成部41が配設されたセパレータ10表面へと導く燃料ガス供給路を形成する。そして、アノード側プレート14に設けられた穴部28と、中間プレート13に設けられた連通部73とは、ガス流路形成部41が配設されたセパレータ10表面から、セパレータ10内部を通って、燃料ガス排出マニホールド23へと燃料ガスを導く燃料ガス排出路を形成する。
上記したカソード側プレート12及びアノード側プレート14は、ステンレス鋼あるいはチタン等の導電性金属によって形成された薄板状部材からなる。そして穴部20〜29は、打ち抜き加工によって形成されている。中間プレート13は、シール層と耐熱性樹脂層とを備えるラミネート樹脂によって形成されているが、その他の材質でもよい。
セパレータ10を形成する際には、カソード側プレート12、中間プレート13、アノード側プレート14の順に、各穴部20〜25を位置合わせしつつ重ね合わせて、加熱接着により各プレート12〜14間をシール接合している。
セパレータ10を形成する際には、カソード側プレート12、中間プレート13、アノード側プレート14の順に、各穴部20〜25を位置合わせしつつ重ね合わせて、加熱接着により各プレート12〜14間をシール接合している。
単セル60を構成するMEA30は、電解質層と、電解質層上に形成された触媒電極層とを備えている。図示する燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質層は固体高分子材料からなり、触媒電極層は電気化学反応を促進する触媒からなる。
ガス流路形成部40,41は、導電性及びガス透過性を有する板状部材であり、ガス流路形成部40,41と接するMEA30表面上には、カーボン多孔質体からなる層が配設されている。
このガス流路形成部40,41の内部に形成される空間は、電気化学反応に供されるガスの単セル60内での流路を形成する。すなわち、MEA30とカソード側プレート12との間に配設されるガス流路形成部40は、酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路を形成する。また、MEA30とアノード側プレート14(図示する単セル60の下方側に積層されている図示しないセパレータ10のアノード側プレート14を指す。)との間に配設されるガス流路形成部41は、燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路を形成する。
ガス流路形成部40,41は、導電性及びガス透過性を有する板状部材であり、ガス流路形成部40,41と接するMEA30表面上には、カーボン多孔質体からなる層が配設されている。
このガス流路形成部40,41の内部に形成される空間は、電気化学反応に供されるガスの単セル60内での流路を形成する。すなわち、MEA30とカソード側プレート12との間に配設されるガス流路形成部40は、酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路を形成する。また、MEA30とアノード側プレート14(図示する単セル60の下方側に積層されている図示しないセパレータ10のアノード側プレート14を指す。)との間に配設されるガス流路形成部41は、燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路を形成する。
隣り合うセパレータ10間であって、MEA30及びガス流路形成部40,41の外周部には、シリコンゴム等の絶縁性樹脂材料によるシール部42がMEA30と一体に設けられている。
図3は、このようなMEA30と一体形成されたシール部42の概略平面図である。
図中のシール部42は、外形状、寸法がセパレータ10とほぼ等しい長方形をなし、セパレータ10と同様に穴部20〜25が形成されている。
この図3において、冷媒供給マニホールドを形成する穴部22は「冷媒入口」、冷媒排出マニホールドを形成する穴部25は「冷媒出口」、燃料ガス供給マニホールドを形成する穴部24は「H2入口」、燃料ガス排出マニホールドを形成する穴部23は「H2出口」となっている。
図3は、このようなMEA30と一体形成されたシール部42の概略平面図である。
図中のシール部42は、外形状、寸法がセパレータ10とほぼ等しい長方形をなし、セパレータ10と同様に穴部20〜25が形成されている。
この図3において、冷媒供給マニホールドを形成する穴部22は「冷媒入口」、冷媒排出マニホールドを形成する穴部25は「冷媒出口」、燃料ガス供給マニホールドを形成する穴部24は「H2入口」、燃料ガス排出マニホールドを形成する穴部23は「H2出口」となっている。
図1において、セパレータ10及び単セル60が作製されると、カソード側プレート12がガス流路形成部40に接し、アノード側プレート14がガス流路形成部41に接するように、セパレータ10と単セル60とを交互に積層することによって燃料電池が製造される。
上記のような燃料電池において、酸化ガス供給マニホールド20に対して酸化ガスを供給すると、酸化ガスは、各々のセパレータ10における連通部70と穴部26とからなる酸化ガス供給路を通って、ガス流路形成部40が形成する単セル内酸化ガス流路へと分配される。
分配された酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内酸化ガス流路を、酸化ガス排出マニホールド21側へと流れる。単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印アで示す。
単セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、セパレータ10における穴部27と連通部71とからなる酸化ガス排出路を通って、酸化ガス排出マニホールド21へと排出される。マニホールド近傍における酸化ガスの流出入の様子を、図1中に矢印イで示す。
分配された酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内酸化ガス流路を、酸化ガス排出マニホールド21側へと流れる。単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印アで示す。
単セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、セパレータ10における穴部27と連通部71とからなる酸化ガス排出路を通って、酸化ガス排出マニホールド21へと排出される。マニホールド近傍における酸化ガスの流出入の様子を、図1中に矢印イで示す。
燃料電池において、冷媒供給マニホールド22に対して冷媒を供給すると、冷媒は、各々のセパレータ10における中間プレート13の複数の貫通孔72を通って、冷媒流路18へと分配される。
図4は、図1に示す燃料電池の長手方向の断面図であり、その断面位置を代表して図2(a)中にIV−IV線にて示す。
図4では、冷媒供給マニホールド22を流れる冷媒が、複数の貫通孔72〔図2(b)参照〕を通って冷媒流路18へと流入する様子を矢印ウで示している。
貫通孔72を通って分配された冷媒は、冷媒流路18を、冷媒排出マニホールド25側へと流れる。
冷媒流路18における冷媒の流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印エで示している。冷媒流路18内を流れた冷媒は、図2(b)に示す中間プレート13の貫通孔75を通って、冷媒排出マニホールド25へと排出される。
図4は、図1に示す燃料電池の長手方向の断面図であり、その断面位置を代表して図2(a)中にIV−IV線にて示す。
図4では、冷媒供給マニホールド22を流れる冷媒が、複数の貫通孔72〔図2(b)参照〕を通って冷媒流路18へと流入する様子を矢印ウで示している。
貫通孔72を通って分配された冷媒は、冷媒流路18を、冷媒排出マニホールド25側へと流れる。
冷媒流路18における冷媒の流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印エで示している。冷媒流路18内を流れた冷媒は、図2(b)に示す中間プレート13の貫通孔75を通って、冷媒排出マニホールド25へと排出される。
燃料電池において、燃料ガス供給マニホールド24に対して燃料ガスを供給すると、燃料ガスは、各々のセパレータ10における連通部74と穴部29とからなる燃料ガス供給路を通って、ガス流路形成部41が形成する単セル内燃料ガス流路へと分配される。
燃料ガス供給マニホールド24から単セル内燃料ガス流路へと燃料ガスが流入する様子を、図4に矢印オで示す。
分配された燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内燃料ガス流路を、燃料ガス排出マニホールド23側へと流れる。単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印オで示す。
単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、図2に示す穴部28と連通部73とからなる燃料ガス排出路を通って、燃料ガス排出マニホールド23へと排出される。
燃料ガス供給マニホールド24から単セル内燃料ガス流路へと燃料ガスが流入する様子を、図4に矢印オで示す。
分配された燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内燃料ガス流路を、燃料ガス排出マニホールド23側へと流れる。単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流れの向きを、MEA30面に対する向きとして、図3に矢印オで示す。
単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、図2に示す穴部28と連通部73とからなる燃料ガス排出路を通って、燃料ガス排出マニホールド23へと排出される。
本発明に係る燃料電池用セパレータは、上述した燃料電池(図4)におけるように、カソード側プレート12とアノード側プレート14とによって中間プレート13を狭持して冷媒流路18を形成する燃料電池用セパレータ10において、次のように構成したものである。
基本的には、上記中間プレート13のセット位置を決めるための位置決め凸部をカソード側プレート12若しくはアノード側プレート14、又はそれら両プレート12,14に設けてなるもので、以下に実施形態を説明する。
図5は、本発明に係る燃料電池用セパレータの一実施形態の説明図で、図2(b)中の連通部(ガス流路)74及びその周辺部分の模式図、図6は図5中のVI−VI線断面図である。
図5、図6に示すように、本実施形態に係る燃料電池用セパレータは、中間プレート13のセット位置を決めるために、カソード側プレート12に位置決め凸部51,52を設けている。この位置決め凸部51,52は、中間プレート13の一部を両側方から挟む位置に対向して設けている。
本実施形態において、位置決め凸部51,52は、燃料ガス供給マニホールド24に一端が連通する連通部(ガス流路)74の他端近傍位置で連通する穴部(サブマリンガス入口)29に対応する位置よりも、中間プレート13の内方側に設けている。燃料ガス供給マニホールド24、連通部74及び穴部29を通るガス流を位置決め凸部51,52が妨げないようにするためである。
なお、燃料ガス供給マニホールド24はカソード側プレート12、中間プレート13及びアノード側プレート14を貫通して設けられた穴であり、連通部74は中間プレート13に形成されたガス流路である。
基本的には、上記中間プレート13のセット位置を決めるための位置決め凸部をカソード側プレート12若しくはアノード側プレート14、又はそれら両プレート12,14に設けてなるもので、以下に実施形態を説明する。
図5は、本発明に係る燃料電池用セパレータの一実施形態の説明図で、図2(b)中の連通部(ガス流路)74及びその周辺部分の模式図、図6は図5中のVI−VI線断面図である。
図5、図6に示すように、本実施形態に係る燃料電池用セパレータは、中間プレート13のセット位置を決めるために、カソード側プレート12に位置決め凸部51,52を設けている。この位置決め凸部51,52は、中間プレート13の一部を両側方から挟む位置に対向して設けている。
本実施形態において、位置決め凸部51,52は、燃料ガス供給マニホールド24に一端が連通する連通部(ガス流路)74の他端近傍位置で連通する穴部(サブマリンガス入口)29に対応する位置よりも、中間プレート13の内方側に設けている。燃料ガス供給マニホールド24、連通部74及び穴部29を通るガス流を位置決め凸部51,52が妨げないようにするためである。
なお、燃料ガス供給マニホールド24はカソード側プレート12、中間プレート13及びアノード側プレート14を貫通して設けられた穴であり、連通部74は中間プレート13に形成されたガス流路である。
上記位置決め凸部51,52は、図6に示す例ではカソード側プレート12に金型を用いたプレス加工によって形成され、低コスト化が図られている。
この他、カソード側プレート12の素材に切削加工やエッチングを施すことによって形成してもよく(図7参照)、また、平板状のカソード側プレート12に、これとは別個の硬い樹脂等からなる剛性を有する部材を接着して位置決め凸部51,52として用いてもよい(図8参照)。
この他、カソード側プレート12の素材に切削加工やエッチングを施すことによって形成してもよく(図7参照)、また、平板状のカソード側プレート12に、これとは別個の硬い樹脂等からなる剛性を有する部材を接着して位置決め凸部51,52として用いてもよい(図8参照)。
図9は本発明の他の実施形態の説明図で、図2(b)中の連通部(ガス流路)74及びその周辺部分の模式図、図10は図9中のX−X線断面図である。
図9、図10に示す実施形態においては、中間プレート13のセット位置を決めるために、カソード側プレート12に位置決め凸部91〜93を設けている。
この例では、アノード側プレート14に開口形成された穴部(サブマリンガス入口)29に対応する位置よりも、中間プレート13の内方側に設けている位置決め凸部は位置決め凸部91のみであるが、連通部74を形成する中間プレート13部分の各々を両側方から挟む位置に対向して位置決め凸部92,93を設けている。
図9、図10に示す実施形態においては、中間プレート13のセット位置を決めるために、カソード側プレート12に位置決め凸部91〜93を設けている。
この例では、アノード側プレート14に開口形成された穴部(サブマリンガス入口)29に対応する位置よりも、中間プレート13の内方側に設けている位置決め凸部は位置決め凸部91のみであるが、連通部74を形成する中間プレート13部分の各々を両側方から挟む位置に対向して位置決め凸部92,93を設けている。
上記位置決め凸部91〜93は、図10に示す例ではカソード側プレート12に金型を用いたプレス加工によって形成されている。
この他、カソード側プレート12の素材に切削加工やエッチングを施すことによって形成してもよく(図11参照)、また、平板状のカソード側プレート12に、これとは別個の硬い樹脂等からなる剛性を有する部材を接着して位置決め凸部91〜93として用いてもよい(図12参照)。
この他、カソード側プレート12の素材に切削加工やエッチングを施すことによって形成してもよく(図11参照)、また、平板状のカソード側プレート12に、これとは別個の硬い樹脂等からなる剛性を有する部材を接着して位置決め凸部91〜93として用いてもよい(図12参照)。
以上説明した実施形態に係る燃料電池用セパレータによれば、中間プレート13のセット位置を決めて、燃料ガス供給マニホールド24及び穴部29相互間を連通する複数の連通部(ガス流路)74を整列させる位置決め凸部51,52,91〜93をカソード側プレート12に設けたので、上記連通部74におけるガス流路幅が均等になり、ガスの供給を安定化して圧損バラツキの発生を抑止できる。
この効果は、上述した燃料電池のように中間プレート13がラミネート樹脂等の剛性の低い材質によって形成されている場合に顕著である。
この効果は、上述した燃料電池のように中間プレート13がラミネート樹脂等の剛性の低い材質によって形成されている場合に顕著である。
また、上述した実施形態では、燃料ガス供給マニホールド24に一端が連通する連通部74の他端近傍位置で連通する穴部29に対応する位置よりも、中間プレート13の内方側に位置決め凸部51,52を設けたので、燃料ガス供給マニホールド24から連通部74を通って穴部29を抜けてゆく燃料ガスの流れを位置決め凸部51,52が妨げないという効果がある。
特に、図5に示す実施形態では、冷媒流路形成部15を囲む中間プレート13内周部分の内外両側方から挟む位置に、位置決め凸部51,52を対向して設けているので、中間プレート13のセット時におけるガス供給マニホールド24に対する位置ずれをより効果的になくすことができ、上記圧損バラツキの抑止効果も増す。
この効果は、図9に示す実施形態のように、連通部74を形成する中間プレート13部分の各々を両側方(図中、上下方向)から挟む位置に対向して位置決め凸部92,93を設けることによっても得ることができる。なお、この図9に示す実施形態は、穴部29の位置から中間プレート13の内周端13aまでの間隔Dが狭く、図5の実施形態における位置決め凸部52を設ける余裕がない場合に、特に有効である。
特に、図5に示す実施形態では、冷媒流路形成部15を囲む中間プレート13内周部分の内外両側方から挟む位置に、位置決め凸部51,52を対向して設けているので、中間プレート13のセット時におけるガス供給マニホールド24に対する位置ずれをより効果的になくすことができ、上記圧損バラツキの抑止効果も増す。
この効果は、図9に示す実施形態のように、連通部74を形成する中間プレート13部分の各々を両側方(図中、上下方向)から挟む位置に対向して位置決め凸部92,93を設けることによっても得ることができる。なお、この図9に示す実施形態は、穴部29の位置から中間プレート13の内周端13aまでの間隔Dが狭く、図5の実施形態における位置決め凸部52を設ける余裕がない場合に、特に有効である。
以上の実施形態の効果を図をもって説明すると次の通りである。
図13は、中間プレート13が剛性の高い材質で形成されている場合に、そのセット時において、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が均等になる様子を示す。
図14は、中間プレート13が剛性の低い材質で形成されている場合に、そのセット時において、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が不均等になる様子を示す。
図13及び図14において、いずれも(a)は連通部74及びその周辺部分の模式図、(b)図は(a)図中のB−B線断面図である。
これらの図13、図14を対照して分かるように、中間プレート13が剛性の低い材質によって形成されている場合には、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が不均等になる。
本実施形態によれば、上述したように複数の連通部74におけるガス流路幅が均等になり、ガスの供給を安定化して圧損バラツキの発生を抑止できる。
図13は、中間プレート13が剛性の高い材質で形成されている場合に、そのセット時において、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が均等になる様子を示す。
図14は、中間プレート13が剛性の低い材質で形成されている場合に、そのセット時において、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が不均等になる様子を示す。
図13及び図14において、いずれも(a)は連通部74及びその周辺部分の模式図、(b)図は(a)図中のB−B線断面図である。
これらの図13、図14を対照して分かるように、中間プレート13が剛性の低い材質によって形成されている場合には、ガス供給マニホールド24から穴部29に向かう複数の連通部74におけるガス流路幅が不均等になる。
本実施形態によれば、上述したように複数の連通部74におけるガス流路幅が均等になり、ガスの供給を安定化して圧損バラツキの発生を抑止できる。
なお、上述した実施形態では、位置決め凸部を燃料ガス供給マニホールド近傍に設けた場合について述べたが、これのみに限定されることはない。例えば、酸化ガス供給マニホールド近傍に設けてもよく、また、ガス供給に係るマニホールド近傍に設けてもよく、更に、燃料ガス排出マニホールド近傍や酸化ガス排出マニホールド近傍のように、ガス排出に係るマニホールド近傍に設けてもよい。
10:セパレータ、12:カソード側プレート、13:中間プレート、14:アノード側プレート、15:冷媒流路形成部、18:冷媒流路、24:燃料ガス供給マニホールド(穴部)、29:穴部(サブマリンガス入口)、30:MEA、51,52,91〜93:位置決め凸部、41:ガス流路形成部、60:単セル、74:連通部(ガス流路)。
Claims (3)
- カソード側プレートとアノード側プレートとによって中間プレートを狭持して冷媒流路を形成する燃料電池用セパレータであって、
前記中間プレートのセット位置を決めて、
前記カソード側プレート、中間プレート及びアノード側プレートを貫通して設けられたガス排出マニホールド又は供給マニホールドに一端が連通し、他端側が前記カソード側プレート又はアノード側プレートに形成されたガス出入口に連通する複数のガス流路を整列させる位置決め凸部を、
前記カソード側プレート若しくはアノード側プレート、又はそれらの両プレートに設けたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 前記位置決め凸部を、前記中間プレートの一部を両側方から挟む位置に対向して設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記位置決め凸部を、前記ガス出入口に対応する位置よりも、前記中間プレートの内方側に設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用セパレータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008212820A JP2010049924A (ja) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | 燃料電池用セパレータ |
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WO2012086270A1 (ja) | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 株式会社トーショー | 薬剤分包機 |
WO2013051313A1 (ja) | 2011-10-05 | 2013-04-11 | 株式会社トーショー | 薬剤分包機 |
-
2008
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WO2013051313A1 (ja) | 2011-10-05 | 2013-04-11 | 株式会社トーショー | 薬剤分包機 |
EP3023334A1 (en) | 2011-10-05 | 2016-05-25 | Tosho Inc. | Medicine dispensing apparatus |
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