JP2012256498A - 燃料電池及び燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電極複合体とセパレータ2からなる単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、燃料電池積層体及びエンドプレートの側面にシール材13を介して固定され、セパレータ2の流路溝2aに連通する単数若しくは複数のマニホールド室9a,9b,10aを有するマニホールド9,10と、を具備した燃料電池であって、セパレータ2は、同一のマニホールド室10aに連通される全ての流路溝2aの幅と、該流路溝2aの間に形成される全てのリブ部の幅とを合わせた流体の流通範囲の全幅を、反応領域に相対する位置よりもマニホールド室10aに近接した位置の方で小さくした。
【選択図】 図7
Description
図1〜図9を参照して、第1の実施形態に係わる燃料電池について説明する。
図10は、第2の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。
図11は、第3の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。
図12は、第4の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。
図13は、第5の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。
図14から図16を用いて第6の実施形態の構成を説明する。図14は本実施形態の燃料電池の燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図、図15は本実施形態の燃料電池の空気セパレータ3と電極複合体1の接合面から空気流路溝3a側を見た切断図、図16は本実施形態の燃料電池の燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から電極複合体1を見た切断図である。
図17は、第7の実施形態の要部構成を滅瞑するためのもので、燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。なお、本実施形態の空気セパレータ3と電極複合体1については、外周の形状は本実施形態の燃料セパレータ2と同じであるので、図示は省略する。
図18は、第8の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料電池の燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。なお、本実施形態の空気セパレータ3と電極複合体1については、外周の形状は本実施形態の燃料セパレータ2と同じであるので、図示は省略する。
図19は、第9の実施形態の要部構成を説明するためのもので、燃料電池の燃料セパレータ2と電極複合体1の接合面から燃料流路溝2a側を見た切断図である。なお、本実施形態の空気セパレータ3と電極複合体1については、外周の形状は本実施形態の燃料セパレータ2と同じであるので、図示は省略する。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、全ての流路溝に対して、反応領域に相対する位置よりもマニホールド室に近接した位置の方で流通範囲の全幅を小さくしたが、燃料流路溝、空気流路溝、及び冷却水流路溝の少なくとも一つに対して、反応領域に相対する位置よりもマニホールド室に近接した位置の方で流通範囲の全幅を小さくしても良い。
1a…アノード電極
1b…カソード電極
1c…電極のシール範囲
1d,2c,3c,32c…燃料ガスマニホールド側突起部
1e,2d,3d,32d…空気ガスマニホールド側突起部
2…燃料セパレータ
2a…燃料流路溝
2b…燃料流路溝の閉塞部
3…空気セパレータ
3a…空気流路溝
3b…冷却水流路溝
4…単位電池
5…燃料電池積層体
6…集電板
7…エンドプレート
8…タイロッド
9…燃料入出ガスマニホールド
9a,11a,11b,12a…仕切り板
9b…燃料入口マニホールド室
9c…燃料出口マニホールド室
9d…燃料入口配管
9e…燃料出口配管
10…燃料ターンマニホールド
10a…燃料ターンマニホールド室
11…空気入出マニホールド
11c…空気入口マニホールド室
11d…空気出口マニホールド室
11e…冷却水入口マニホールド室
11f…空気入口配管
11g…空気出口配管
11h…冷却水入口配管
12…空気ターンガスマニホールド
12b…空気ターンマニホールド室
12c…冷却水出口マニホールド室
13…シール材
22c,42c…燃料ガスマニホールド側窪み部
22d,42d…空気ガスマニホールド側窪み部
Claims (12)
- 電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置され、前記アノード電極と前記カソード電極とが相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体と、前記電極複合体に接して配置され、流体を流すための流路溝を有するセパレータと、を備えた単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートの側面にシール材を介して固定され、前記セパレータの流路溝に連通する単数若しくは複数のマニホールド室を有するマニホールドと、
を具備した燃料電池であって、
前記セパレータは、同一のマニホールド室に連通される全ての流路溝の幅と、該流路溝の間に形成される全てのリブ部の幅とを合わせた流体の流通範囲の全幅を、前記反応領域に相対する位置よりも前記マニホールド室に近接した位置の方で小さくしてなることを特徴とする燃料電池。 - 前記単位電池の1つ毎に、前記電解質膜のアノード電極側に接して配置され、アノード電極側に燃料ガス流路溝が形成された第1のセパレータと、前記電解質膜のカソード電極側に接して配置され、カソード電極側に酸化剤ガス流路溝が形成され、且つカソード電極と反対側に冷却水流路が形成された第2のセパレータとを有し、
前記燃料ガス流路溝、前記酸化剤ガス流路溝、及び前記冷却水流路溝の少なくとも一つに対し、前記反応領域に相対する位置での前記流通範囲の全幅よりも前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 - 前記リブ部の少なくとも一つの幅を、前記反応領域に相対する位置よりも前記マニホールド室に近接した位置の方で小さくすることで、前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 前記流路溝の少なくとも一つの幅を、前記反応領域に相対する位置よりも前記マニホールド室に近接した位置の方で小さくすることで、前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 前記流路溝の少なくとも一つに対し、前記反応領域に相対する位置よりも前記マニホールド室に近接した位置の方で幅を小さくすると共に深さを深くすることで、前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 前記反応領域に相対する位置での前記流路溝の少なくとも一つを、前記マニホールド室に近接した位置で隣接した流路溝と合流,分岐,又は連結させることで、前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを請求項1又は2に記載の特徴とする燃料電池。
- 前記反応領域に相対する位置での前記流路溝の少なくとも一つを、前記マニホールド室に近接した位置で閉塞させることで、前記マニホールド室に近接した位置での前記流通範囲の全幅を小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置され、前記アノード電極と前記カソード電極とが相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体と、前記電極複合体に接して配置され、流体を流すための流路溝を有するセパレータと、を備えた単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートの側面にシール材を介して固定され、前記セパレータの流路溝に連通する単数若しくは複数のマニホールド室を有するマニホールドと、
を具備した燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一箇所で、前記シール材の設置位置に近接する前記流路溝の前記マニホールド室側の端部と前記シール材の設置位置との間の位置に、前記セパレータの外側方向に突出させた突起部を設置したことを特徴とする燃料電池。 - 電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置され、前記アノード電極と前記カソード電極とが相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体と、前記電極複合体に接して配置され、流体を流すための流路溝を有するセパレータと、を備えた単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートの側面にシール材を介して固定され、前記セパレータの流路溝に連通する単数若しくは複数のマニホールド室を有するマニホールドと、
を具備した燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一箇所で、前記シール材の設置位置に近接する前記流路溝の前記マニホールド室側の端部と前記シール材の設置位置との間の位置に、前記セパレータの内側方向に窪ませた窪み部を設置したことを特徴とする燃料電池。 - 電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置され、前記アノード電極と前記カソード電極とが相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体と、前記電極複合体に接して配置され、流体を流すための流路溝を有するセパレータと、を備えた単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートの側面にシール材を介して固定され、前記セパレータの流路溝に連通する単数若しくは複数のマニホールド室を有するマニホールドと、
を具備した燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一箇所で、前記シール材の設置位置に近接する前記流路溝の前記マニホールド室側の端部と前記シール材の設置位置との間の位置に段差部を設置し、前記シール材の設置範囲を前記セパレータの外側方向に突出させた突起部としたことを特徴とする燃料電池。 - 電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置され、前記アノード電極と前記カソード電極とが相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体と、前記電極複合体に接して配置され、流体を流すための流路溝を有するセパレータと、を備えた単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向両端から締め付けて保持する一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートの側面にシール材を介して固定され、前記セパレータの流路溝に連通する単数若しくは複数のマニホールド室を有するマニホールドと、
を具備した燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一箇所で、前記シール材の設置位置に近接する前記流路溝の前記マニホールド室側の端部と前記シール材の設置位置との間の位置に段差部を設置し、前記シール材の設置範囲を前記セパレータの内側方向に窪ませた窪み部としたことを特徴とする燃料電池。 - アノード電極とカソード電極との相対した反応領域の周辺部にシール範囲を設けた電極複合体に接して配置され、表面又は裏面に流体を流すための流路溝を有する燃料電池用セパレータであって、
前記反応領域における全て又は複数の流路溝の幅と、該流路溝の間に形成される全てのリブ部の幅とを合わせた流体の流通範囲の全幅を、前記反応領域に相対する位置よりも周辺部の方で小さくしてなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
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