JP2010251153A

JP2010251153A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2010251153A
Application number: JP2009099966A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kajiwara; ▲隆▼ 梶原; Seiji Sano; 誠治佐野; Masayuki Ito; 雅之伊藤; Hitoshi Hamada; 仁濱田; Kenji Tsubosaka; 健二壷阪; Yoshifumi Ota; 佳史大田; Hiroshi Fujitani; 宏藤谷; Rira Hirasawa; 梨良平澤; Tomoyuki Takamura; 智之高村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】冷却流路と外部との間のシール機能を損なわずに燃料電池を結束する。
【解決手段】燃料電池１０であって、前記燃料電池は、複数の多セルモジュール２０を備え、前記多セルモジュールは、積層された複数の単セル１００と、前記複数の単セルの積層体の両側に配置されたモジュールプレート２００、２０５と、前記単セルと前記モジュールプレートとを結束する結束バンド３００と、を有し、前記各モジュールプレートは、前記単セル側の第１の面２０３、２０８とは反対側の第２の面２０１、２０６に形成された互いに平行な勘合溝２０２、２０７を有し、前記結束バンドは、前記各モジュールプレートの前記勘合溝内に掛かって前記多セルモジュールを結束している、燃料電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の結束に関するものである。

燃料電池において、単セルを交換するには、燃料電池の結束を解く必要がある。これに対し、単セルの交換を容易にするために、複数の単セルを用いてモジュールを構成し、このモジュールを複数組み合わせて燃料電池を構成するものが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００４−１３４１７９号公報

しかし、従来の燃料電池では、モジュールとモジュールの間のシール部を結束バンドが横切るため、冷却流路と外部との間のシール機能を損なう恐れがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、冷却流路と外部との間のシール機能を損なわずに燃料電池を結束することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料電池であって、
前記燃料電池は、複数の多セルモジュールを備え、前記多セルモジュールは、積層された複数の単セルと、前記複数の単セルの積層体の両側に配置されたモジュールプレートと、前記単セルと前記モジュールプレートとを結束する結束バンドと、を有し、前記各モジュールプレートは、前記単セル側の第１の面とは反対側の第２の面に形成された互いに平行な勘合溝を有し、前記結束バンドは、前記各モジュールプレートの前記勘合溝内に掛かって前記多セルモジュールを結束している、燃料電池。
この適用例によれば、結束バンドは、単セルに影響を与えることなくモジュールプレートの勘合溝内に掛かるので、冷却流路と外部との間のシール機能を損なわずに燃料電池を結束することが可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、燃料電池の結束方法等、様々な形態で実現することができる。

本発明の第１の実施例に係る燃料電池の断面の一部を示す説明図である。本発明の第２の実施例に係る燃料電池の断面の一部を示す説明図である。

図１は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池の断面の一部を示す説明図である。燃料電池１０は、複数の多セルモジュール２０を備える。多セルモジュール２０は、積層された複数の単セル１００と、モジュールプレート２００、２０５と、結束バンド３００と、を備える。モジュールプレート２００、２０５は、複数の単セル１００の積層体の両側に配置されている。モジュールプレート２００、２０５は、例えば金属製の平板である。モジュールプレート２００、２０５の単セル１００側の面２０３、２０８は平らであり、単セル１００との反対側の面２０１、２０６には、勘合溝２０２、２０７が形成されている。ここで、勘合溝２０２、２０７の溝方向は平行である。結束バンド３００は、例えば金属製の帯状のバンドである。結束バンド３００は、２つのモジュールプレート２００、２０５の勘合溝２０２、２０７に掛かり、複数の単セルと２枚のモジュールプレート２００、２０５とを結束している。これにより、多セルモジュール２０が形成される。

単セル１００は、膜電極接合体１１０と、ガス拡散層１２０、１２５と、セパレータプレート１３０、１３５と、樹脂フレーム１４０と、ガスケット１５０と、を備える。膜電極接合体１１０は、電解質膜１１１と、触媒層１１２、１１３とを備える。電解質膜１１１として、固体高分子材料、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いることが可能である。触媒層１１２、１１３は、電解質膜１１１の両面に形成されている。触媒層１１２、１１３としては、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒をカーボンに担持した触媒層を用いることが可能である。

ガス拡散層１２０、１２５は、膜電極接合体１１０の両面に配置されている。ガス拡散層１２０、１２５としては、例えば、不織布により形成されたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いることが可能である。また、ガス拡散層１２０、１２５として、金属製や樹脂製の多孔体を用いることも可能である。なお、ガス拡散層１２０、１２５は、導電性を備えていることが好ましい。

セパレータプレート１３０、１３５は、膜電極接合体１１０とガス拡散層１２０、１２５とを挟む板状部材である。セパレータプレート１３０、１３５は、燃料ガスと酸化ガスとを分離するために用いられている。なお、本実施例では、燃料ガスとして水素を用い、酸化ガスとして空気を用いている。セパレータプレート１３０、１３５は、例えば、金属製のプレートで構成されている。セパレータプレート１３０、１３５には、凹凸が形成されている。この凹凸は、例えばプレスにより形成することが可能である。本実施例では、セパレータプレート１３０の膜電極接合体１１０側に突き出た部分を「凸部１３１」と呼び、膜電極接合体１１０と反対側に突き出た部分を「凹部１３２」と呼ぶ。また、セパレータプレート１３５の膜電極接合体１１０側に突き出た部分を「凸部１３６」と呼び、膜電極接合体１１０と反対側に突き出た部分を「凹部１３７」と呼ぶ。

セパレータプレート１３０の凹部１３２とガス拡散層１２０との間に燃料ガス流路１６０が形成されている。セパレータプレート１３５の凹部１３７とガス拡散層１２５との間に酸化ガス流路１６５が形成されている。セパレータプレート１３０の凸部１３１と、セパレータプレート１３５の凸部１３６の間に冷媒流路１８０が形成されている。また、端部の単セル１００Ｌでは、モジュールプレート２００とセパレータプレート１３０の凸部１３１の間に、冷媒流路１８０が形成され、端部の単セル１００Ｒでは、モジュールプレート２０５とセパレータプレート１３５の凸部１３６の間に、冷媒流路１８０が形成されている。なお、本実施例では、冷媒として不凍液を用いている。

樹脂フレーム１４０は、膜電極接合体１１０やガス拡散層１２０、１２５を固定するために用いられている。樹脂フレーム１４０は、額縁状の形状をしており、樹脂の射出成形により、膜電極接合体１１０やガス拡散層１２０、１２５と一体に成形される。なお、単セル１００の２つの樹脂フレーム１４０は、接着剤１４５により接着されている。また、樹脂フレーム１４０とセパレータプレート１３０の間も接着剤１４５により接着され、樹脂フレーム１４０とセパレータプレート１３５の間も接着剤１４５で接着されている。

隣接する２つの単セル１００の間には、ガスケット１５０が設けられている。ガスケット１５０は、冷却水の漏れを抑制するために用いられ、例えばシリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどのゴムを用いて形成することが可能である。なお、モジュールプレート２００、２０５の外側には、ガスケット２１０が配置されている。ガスケット２１０は、隣接する２つの多セルモジュール２０の間における冷却水の漏れを抑制している。なお、ガスケット２１０は、結束バンド３００と交差していないことが好ましい。

本実施例では、結束バンド３００は、セパレータプレート１３０、１３５の冷媒流路形成用溝に掛からず、モジュールプレート２００、２０５の勘合溝２０２、２０７のみに掛かっている。すなわち、結束バンド３００は、冷媒流路１８０を形成するための凹凸や溝に影響を与えない。また、結束バンド３００とガスケット２１０とは、交差していない。その結果、冷媒流路１８０と外部との間のシール機能を損なうことなく燃料電池１０を結束することが可能となる。

図２は、本発明の第２の実施例に係る燃料電池の断面の一部を示す説明図である。第２の実施例は、モジュールプレート２００、２０５を備えていない点が第１の実施例と異なる。また、第２の実施例では、最も外側のセパレータプレート１３３、１３８は、それぞれ、第１の実施例における勘合溝２０２、２０７と同様の構成の溝１３４、１３９を備えている。結束バンド３００は、溝１３４、１３９に掛かり、複数の単セル１００を結束している。溝１３４、１３９は、凸部１３１、１３６と異なり、冷媒流路１８０を形成しない。

以上、第２の実施例によっても、結束バンド３００は、冷媒流路１８０を形成するための凹凸や溝に影響を与えない。また、結束バンド３００とガスケット１５０とは、交差していない。その結果、冷媒流路１８０と外部との間のシール機能を損なうことなく燃料電池１０を結束することが可能となる。

第２の実施例の場合には、最も外側のセパレータプレート１３３、１３８の外側には、冷媒流路１８０を備えてもよく、また、備えなくてもよい。最も外側のセパレータプレート１３３、１３８の外側に冷媒流路１８０を備える場合には、冷媒流路１８０と結束バンド３００が交差しないようにすることが好ましい。したがって、結束バンド３００により区切られたブロックごとに、冷媒を供給排出することが好ましい。例えば、多セルモジュール２０に結束バンド３００を十字に巻く場合には、４つのブロックに分かれる。したがって、４系統の冷媒流路を備えることが好ましい。

上記第１、第２の実施例で示した単セル１００の構成は一例であり、単セル１００の構成として、様々な構成を採用することが可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池
２０…多セルモジュール
１００、１００Ｌ、１００Ｒ…単セル
１１０…膜電極接合体
１１１…電解質膜
１１２、１１３…触媒層
１２０、１２５…ガス拡散層
１３０、１３５…セパレータプレート
１３１、１３６…凸部
１３２、１３７…凹部
１３３、１３８…セパレータプレート
１３４、１３９…溝
１４０…樹脂フレーム
１４５…接着剤
１５０…ガスケット
１６０…燃料ガス流路
１６５…酸化ガス流路
１８０…冷媒流路
２００、２０５…モジュールプレート
２０２、２０７…勘合溝
２１０…ガスケット
３００…結束バンド

Claims

燃料電池であって、
前記燃料電池は、複数の多セルモジュールを備え、
前記多セルモジュールは、
積層された複数の単セルと、
前記複数の単セルの積層体の両側に配置されたモジュールプレートと、
前記単セルと前記モジュールプレートとを結束する結束バンドと、
を有し、
前記各モジュールプレートは、前記単セル側の第１の面とは反対側の第２の面に形成された互いに平行な勘合溝を有し、
前記結束バンドは、前記各モジュールプレートの前記勘合溝内に掛かって前記多セルモジュールを結束している、
燃料電池。