JP2012256484A - 燃料電池用セパレータと燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1セパレータ板13は全ての波部19を同一高さに形成し、第2セパレータ板15は波部19と同一高さを有する高波部23と高波部23よりも波部の高さが低い低波部24とを交互に有し、第1セパレータ板13の波部19の凹部19bには、第2セパレータ板15の高波部23の凸部23aと低波部24の凸部24aを交互に収容し、高波部23の凸部23aは波部19の凹部19bに隙間なく重ね合わせる。第1セパレータ板13の波部19の凹部19bと第2セパレータ板15の低波部24の凸部24aとの間の空間を冷却液流路25とし、第1セパレータ板13の波部19の凹部19bとカソード電極11との間の空間を酸化剤ガス流路27とし、第2セパレータ板15の高波部23、低波部24の凹部23b,24bとアノード電極9との間の空間を燃料ガス流路29a,29bとする。
【選択図】図2
Description
また、近年では、コンパクト化の要求から、金属製の波板を重ね合わせて構成したセパレータが多く用いられている(例えば、特許文献1,2参照)。
この要求に応えるために、第2セパレータ102の波部の高さを低くすることで燃料ガス流路105と冷却液流路103との接触面積を小さくし、燃料ガスに対する冷却効果を低減するという考えがある。
請求項1に係る発明は、一対の金属製波板(例えば、後述する実施例における第1セパレータ板13、第2セパレータ板15)を重ね合わせてなり、両金属製波板の間に形成される空間で燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池1)冷却用の冷却液が流通する冷却液流路(例えば、後述する実施例における冷却液流路25)を形成し、前記一対の金属製波板のうちの一方の金属製波板(例えば、後述する実施例における第1セパレータ板13)における外側の凹部(例えば、後述する実施例における凹部19b)で酸化剤ガス流路(例えば、後述する実施例における酸化剤ガス流路27)を形成し、他方の金属製波板(例えば、後述する実施例における第2セパレータ板15)における外側の凹部(例えば、後述する実施例における凹部23b,24b)で燃料ガス流路(例えば、後述する実施例における燃料ガス流路29a,29b)を形成する燃料電池用セパレータ(例えば、後述する実施例におけるセパレータ3)において、
前記一方の金属製波板は全ての波部(例えば、後述する実施例における波部19)を同一高さに形成し、前記他方の金属製波板は波部の高さが前記一方の金属製波板の波部と同一高さを有する高波部(例えば、後述する実施例における高波部23)と該高波部よりも波部の高さが低い低波部(例えば、後述する実施例における低波部24)とを有し、隣接する二つの高波部の間に少なくとも一つの低波部を配置して構成し、
前記一方の金属製波板の一部の凹部に前記他方の金属製波板の高波部の凸部を隙間なく重ね合わせるとともに、前記一方の金属製波板の他の凹部に前記他方の金属製波板の低波部の凸部を収容して前記一対の金属製波板を重ね合わせ、
前記一方の金属製波板の凹部と前記他方の金属製波板の低波部の凸部との間に形成される空間で前記冷却液流路を形成し、前記一方の金属製波板における外側の凹部で前記酸化剤ガス流路を形成し、前記他方の金属製波板における外側の凹部で前記燃料ガス流路を形成したことをことを特徴とする燃料電池用セパレータである。
請求項4に係る発明は、固体高分子電解質膜(例えば、後述する実施例における固体高分子電解質膜7)をアノード電極(例えば、後述する実施例におけるアノード電極9)とカソード電極(例えば、後述する実施例におけるカソード電極11)とで挟持して構成された電極膜構造体(例えば、後述する実施例における膜電極構造体5)と、前記請求項1記載の燃料電池用セパレータ(例えば、後述する実施例におけるセパレータ3)とを交互に積層してなることを特徴とする燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池1)である。
請求項4に係る発明によれば、燃料電池における燃料ガス流路の流路閉塞を防止しつつ、燃料ガス流路内に水が滞留するのを防止することができる。その結果、固体高分子電解質膜の劣化抑制、燃料電池の発電安定性の向上に寄与することができる。
初めに、この発明に係る燃料電池用セパレータと燃料電池の実施例1を図1から図6の図面を参照して説明する。
図1は、燃料電池1の縦断面図であり、燃料電池1は、燃料電池用セパレータ(以下、セパレータという)3と膜電極構造体5とが交互に積層して構成されている。
第2セパレータ板15の中央部にも波板部21が設けられており、波板部21は、第1セパレータ板13の波部19と同一高さh1を有して水平方向に延びる高波部23と、高波部よりも低い高さh2を有して水平方向に延びる低波部24とが、垂直方向に交互に且つ第1セパレータ板13の波部19と同一ピッチで配置され多数形成されている。つまり、この実施例1においては、隣接する二つの高波部23,23の間に低波部24が一つずつ配置されている。なお、ピッチとは波の頂部から隣の頂部までの距離をいう。
そして、第1セパレータ板13の波部19の凸部19aにおいてカソード電極11に接近する方向に突出する凸部19aがカソード電極11に密接し、第2セパレータ板15の高波部23と低波部24とを接続する接続部22がアノード電極9に密接するように配置されている。
ところで、第2セパレータ板15の高波部23の高さh1は第1セパレータ板13の波部19の高さh1と同一高さであるので、燃料ガス流路29aの流路断面積と酸化剤ガス流路27の流路断面積は同じであるが、第2セパレータ板15の低波部24の高さh2は第1セパレータ板13の波部19の高さh1よりも低いので、燃料ガス流路29bの流路断面積は酸化剤ガス流路27の流路断面積よりも小さくなり、一つのセパレータ3全体として考えた場合に、全酸化剤ガス流路27の総流路断面積の方が全燃料ガス流路29a,29bの総流路断面積よりも大きくなる。これは、この実施の形態では、酸化剤ガスとして空気を用いており、空気の場合には、例えば純水素を用いた燃料ガスよりも多く流す必要があることによる。
なお、1つのセパレータ3において第1セパレータ板13の平面部31と第2セパレータ板15の平面部33を、溶接またはロウ付け等のシール性を有する接合手段によって接合することにより、前記シール材36を不要にし部品点数の削減を図ることも可能である。
第1セパレータ板13の左平坦部39の略中央部には冷却液を流通させるための入口側冷却液連通孔51aが設けられ、右平坦部41の略中央部には使用後の前記冷却液を流通させるための出口側冷却液連通孔51bが設けられている。
なお、シール材35とシール材37、および、シール材55とシール材59は固体高分子電解質膜7を挟んで対向して配置されており、これによって、第1セパレータ板13と固体高分子電解質膜7との間がシール材35およびシール材55によって水密にシールされ、第2セパレータ板15と固体高分子電解質膜7との間がシール材37およびシール材59によって水密にシールされるようになっている。
単位燃料電池83には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスまたは純水素が供給されるとともに酸化剤ガスとして酸素含有ガス(以下、例えば空気)が供給され、さらに、その発電面を冷却するために、冷却液が供給される。
燃料ガスは、入口側燃料ガス流路71に供給され、入口側燃料ガス連通孔47aから燃料ガス流路57aを通って、各燃料ガス流路29a,29bへと移動する。各燃料ガス流路29a,29bに供給された燃料ガスは、アノード電極9に沿って水平方向に移動し、その際に、燃料ガス中の水素ガスがアノード電極9に供給される。そして、未使用の燃料ガスは燃料ガス流路29a,29bを移動しながらアノード電極9に供給されるとともに、燃料ガス流路29a,29bの終端から第2セパレータ板15の右平坦部45と固体高分子電解質膜7との間に移動し、さらに燃料ガス流路57bを通って、出口側燃料ガス連通孔47bから出口側燃料ガス流路73に排出される。
これに対して、冷却液流路25と燃料ガス流路29aとは、その間に酸化剤ガス流路27が設けられていることによって離間しているので、燃料ガス流路29a内を流れる燃料ガスに対する冷却は抑制される。一方、冷却液流路25と燃料ガス流路29bとは第2セパレータ板15を介して対向しているので、燃料ガス流路29b内を流れる燃料ガスに対する冷却効果は、燃料ガス流路29a内を流れる燃料ガスに対する冷却効果よりも大きくなる。しかしながら、燃料ガス流路29bの流路断面積は燃料ガス流路29aの流路断面積よりも小さいので、燃料ガス流路29bを流れる燃料ガス流量は燃料ガス流路29aを流れる燃料ガス流量よりも小さく、燃料ガス全体として考えると燃料ガスに対する冷却効果を抑制することができると言える。このため、アノード側のセパレータが過度に冷やされるのを抑制することができる。
実施例2におけるセパレータ3においては、第2セパレータ板15の低波部24の凹部24bの表面に断熱材26を設け、凹部24bとアノード電極9との間の空間を断熱材26で隙間なく埋めている。つまり、実施例2では、実施例1における燃料ガス流路29bを断熱材26で塞ぎ、燃料ガスを流通させないようにしている。
このようにすると、燃料ガス流路29bに燃料ガスが流れないことにより、燃料ガスに対する冷却をさらに抑制することができる。また、冷却液流路25とアノード電極9との間に断熱材26が介在することにより、アノード電極9に対する冷却を大幅に低減することができ、アノード側をより水(結露水)が発生し難い環境にすることができる。
なお、実施例2では、第2セパレータ板15の低波部24の凹部24bとアノード電極9との間の空間を断熱材26で隙間なく埋めているが、必ずしも完全に埋めなくてもよく、凹部24bの表面に設けた断熱材26とアノード電極9との間に空間を設けるようにしてもよい。その場合、前記空間に燃料ガスが流通可能にして前記空間を燃料ガス流路としてもよいし、前記空間に燃料ガスが流通しないように前記空間の始端と終端を閉塞してもよい。
実施例3におけるセパレータ3は、実施例1のセパレータ3における第2セパレータ板15の低波部24の凸部24aの表面(冷却液流路25と対向する面)に断熱材28を設けたものである。このようにすると、冷却液流路25と燃料ガス流路29bとの間に断熱材28が介在するので、燃料ガス流路29b内を流れる燃料ガスに対する冷却を抑制することができる。したがって、実施例1の場合よりも、燃料ガスに対する冷却をさらに抑制することができる。
また、冷却液流路25とアノード電極9との間に断熱材28が介在することにより、アノード電極9に対する冷却を大幅に低減することができ、アノード側をより水(結露水)が発生し難い環境にすることができる。
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、前述した各実施例では、隣接する二つの高波部23,23の間に低波部24を一つずつ配置したが、隣接する二つの高波部23,23の間に低波部24を二つずつあるいはそれ以上配置してもよい。
さらに、第1セパレータ板13と第2セパレータ板15の材質はステンレス鋼に限るものではなく、防食性を有する他の金属で構成してもよいし、あるいは、導電性に優れた防錆被膜で被覆された金属板で構成してもよい。
3 燃料電池用セパレータ
5 膜電極構造体
7 固体高分子電解質膜
9 アノード電極
11 カソード電極
13 第1セパレータ板(一方の金属製波板)
15 第2セパレータ板(他方の金属製波板)
19 波部
19b 凹部
23 高波部
23a 凸部
23b 凹部
24 低波部
24a 凸部
24b 凹部
25 冷却液流路
26 断熱材
27 酸化剤ガス流路
28 断熱材
29a,29b 燃料ガス流路
Claims (4)
- 一対の金属製波板を重ね合わせてなり、両金属製波板の間に形成される空間で燃料電池冷却用の冷却液が流通する冷却液流路を形成し、前記一対の金属製波板のうちの一方の金属製波板における外側の凹部で酸化剤ガス流路を形成し、他方の金属製波板における外側の凹部で燃料ガス流路を形成する燃料電池用セパレータにおいて、
前記一方の金属製波板は全ての波部を同一高さに形成し、前記他方の金属製波板は波部の高さが前記一方の金属製波板の波部と同一高さを有する高波部と該高波部よりも波部の高さが低い低波部とを有し、隣接する二つの高波部の間に少なくとも一つの低波部を配置して構成し、
前記一方の金属製波板の一部の凹部に前記他方の金属製波板の高波部の凸部を隙間なく重ね合わせるとともに、前記一方の金属製波板の他の凹部に前記他方の金属製波板の低波部の凸部を収容して前記一対の金属製波板を重ね合わせ、
前記一方の金属製波板の凹部と前記他方の金属製波板の低波部の凸部との間に形成される空間で前記冷却液流路を形成し、前記一方の金属製波板における外側の凹部で前記酸化剤ガス流路を形成し、前記他方の金属製波板における外側の凹部で前記燃料ガス流路を形成したことをことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 前記他方の金属製波板における前記低波部の凹部の表面に断熱材を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。
- 前記他方の金属製波板における前記低波部の凸部の表面に断熱材を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。
- 固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟持して構成された電極膜構造体と、前記請求項1記載の燃料電池用セパレータとを交互に積層してなることを特徴とする燃料電池。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008047320A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
JP2008103168A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
JP2008523560A (ja) * | 2004-12-10 | 2008-07-03 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | コンパクトな燃料電池用の入れ子式打抜きプレートのための反応給電部 |
JP2010257906A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
JP2012256479A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用セパレータと燃料電池 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008523560A (ja) * | 2004-12-10 | 2008-07-03 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | コンパクトな燃料電池用の入れ子式打抜きプレートのための反応給電部 |
JP2008047320A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
JP2008103168A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
JP2010257906A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
JP2012256479A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用セパレータと燃料電池 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017199655A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-11-02 | コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ | 電気化学セルの、薄いバイポーラプレート |
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