JP2013125639A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体のいずれかである流体を前記金属セパレータの面方向に流す流体流路と、前記流体を積層方向に供給する流体連通孔とが形成される燃料電池に関する。 In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is supplied to the metal separator. The present invention relates to a fuel cell in which a fluid channel that flows in a plane direction and a fluid communication hole that supplies the fluid in a stacking direction are formed.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の両側に、アノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セル(単位セル)を備えている。この種の燃料電池では、車載用として使用される際に、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて燃料電池スタックを構成している。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between separators. Power generation cells (unit cells). In this type of fuel cell, when used for in-vehicle use, normally, several tens to several hundreds of power generation cells are stacked to form a fuel cell stack.
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガス(流体)を流すための燃料ガス流路(流体流路)と、カソード電極に対向して酸化剤ガス(流体)を流すための酸化剤ガス流路(流体流路)とが設けられている。さらに、セパレータの周縁部には、前記セパレータの積層方向に貫通して、燃料ガス流路に連通する流体連通孔である燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガス流路に連通する流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔とが形成されている。 In the above fuel cell, a fuel gas channel (fluid channel) for flowing a fuel gas (fluid) facing the anode electrode and an oxidant gas (fluid) facing the cathode electrode in the plane of the separator And an oxidant gas flow path (fluid flow path). Further, a fuel gas inlet communication hole and a fuel gas outlet communication hole that are fluid communication holes that penetrate the separator in the stacking direction and communicate with the fuel gas flow path, and an oxidant gas flow path An oxidant gas inlet communication hole and an oxidant gas outlet communication hole, which are fluid communication holes communicating with each other, are formed.
また、セパレータ間には、電解質膜・電極構造体を冷却するための冷却媒体流路(流体流路)が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記冷却媒体流路に連通する流体連通孔である冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成されている。すなわち、内部マニホールド型燃料電池を構成している。 A cooling medium flow path (fluid flow path) for cooling the electrolyte membrane / electrode structure is provided between the separators, and a fluid communication hole that penetrates in the stacking direction and communicates with the cooling medium flow path. A cooling medium inlet communication hole and a cooling medium outlet communication hole are formed. That is, an internal manifold type fuel cell is configured.
その際、流体流路と流体連通孔とは、流体を円滑且つ均等に流すために平行溝部等を有する連結流路(連結ブリッジ部)を介して連通している。例えば、特許文献1に開示されている固体高分子電解質型燃料電池では、図9に示すセパレータ1を備えている。
In that case, the fluid flow path and the fluid communication hole communicate with each other via a connection flow path (connection bridge portion) having parallel grooves and the like in order to flow the fluid smoothly and evenly. For example, a solid polymer electrolyte fuel cell disclosed in
セパレータ1は、ガス通路板2の外周部にシール部材3を配設して構成されている。シール部材3は、ガス通路板2を収容するために額縁形状を有しており、一端縁部には、酸化剤ガス供給通路口3a1、冷却水供給通路口3b1及び燃料ガス供給通路口3c1が形成されている。シール部材3の他端縁部には、酸化剤ガス排出通路口3a2、冷却水排出通路口3b2及び燃料ガス排出通路口3c2が形成されている。
The
シール部材3の内部には、シール保持金属板4が埋設されており、このシール保持金属板4によって前記シール部材3の形状保持が行われている。シール部材3には、一の酸化剤ガス供給通路口3a1とガス通路板2の酸化剤ガス通路2aの入口とを連通する部位に、酸化剤供給部材5が埋設されている。酸化剤供給部材5には、4本の酸化剤ガス供給通路溝5aが形成されている。
A seal holding
ところで、上記の特許文献1では、シール部材3の内部にシール保持金属板4が埋設されるとともに、このシール保持金属板4には、酸化剤ガス供給通路口3a1と酸化剤ガス通路2aとを連通するブリッジ部である酸化剤供給部材5が設けられている。
By the way, in the above-mentioned
このため、シール保持金属板4から酸化剤ガス供給通路口3a1の間で、水繋がりが発生するおそれがある。特に、酸化剤ガス排出通路口3a2と酸化剤ガス通路2aとを連通するブリッジ部に、酸化剤供給部材5と同様の酸化剤排出部材(図示せず)が設けられる場合に、水繋がりが顕著になる。これにより、シール保持金属板4に液絡が発生するとともに、前記シール保持金属板4自体が腐食するという問題がある。
For this reason, there is a possibility that water is connected between the seal holding
本発明は、この種の問題を解決するものであり、連結ブリッジ部を介して液絡が発生することを阻止するとともに、金属セパレータ自体の腐食を確実に抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem and provides a fuel cell capable of preventing the occurrence of a liquid junction through a connecting bridge portion and reliably suppressing corrosion of the metal separator itself. The purpose is to do.
本発明は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体のいずれかである流体を前記金属セパレータの面方向に流す流体流路と、前記流体を積層方向に供給する流体連通孔とが形成される燃料電池に関するものである。 In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is supplied to the metal separator. The present invention relates to a fuel cell in which a fluid channel that flows in a plane direction and a fluid communication hole that supplies the fluid in a stacking direction are formed.
この燃料電池は、流体流路と流体連通孔との間を連通する連結ブリッジ部を備え、前記連結ブリッジ部は、金属セパレータの金属部位を切り欠いた開口部に樹脂製通路部材がアウトサート成形により一体成形されている。そして、樹脂製通路部材には、流体流路と流体連通孔との間を連通する通路が形成されている。 The fuel cell includes a connection bridge portion that communicates between the fluid flow path and the fluid communication hole, and the connection bridge portion includes an outsert molded resin passage member in an opening portion in which a metal portion of a metal separator is cut out. Is integrally molded. The resin passage member is formed with a passage communicating between the fluid flow path and the fluid communication hole.
本発明によれば、流体流路と流体連通孔との間を連通する連結ブリッジ部は、金属セパレータの金属部位を切り欠いた開口部に樹脂製通路部材がアウトサート成形により一体成形されている。従って、流体流路と流体連通孔との間の絶縁経路が有効に長尺化されるため、流体連通孔に連なる水繋がりによる液絡が発生することを阻止するとともに、金属セパレータ自体の腐食を確実に抑制することが可能になる。 According to the present invention, in the connecting bridge portion that communicates between the fluid flow path and the fluid communication hole, the resin passage member is integrally formed by the outsert molding in the opening portion in which the metal portion of the metal separator is cut out. . Therefore, since the insulation path between the fluid flow path and the fluid communication hole is effectively lengthened, the occurrence of liquid junction due to water connection to the fluid communication hole is prevented, and corrosion of the metal separator itself is prevented. It becomes possible to suppress it reliably.
図1〜図3に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、複数のセルユニット(発電セル)12を水平方向(矢印A方向)又は重力方向(矢印C方向)に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
セルユニット12は、第1セパレータ14、第1電解質膜・電極構造体(MEA)16a、第2セパレータ18、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3セパレータ20を設ける。
The
第1セパレータ14、第2セパレータ18及び第3セパレータ20は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1セパレータ14、第2セパレータ18及び第3セパレータ20は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。
The
第1電解質膜・電極構造体16a及び第2電解質膜・電極構造体16bは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22と、前記固体高分子電解質膜22を挟持するアノード電極24及びカソード電極26とを備える。第2電解質膜・電極構造体16bは、第1電解質膜・電極構造体16aよりも大きな外形寸法に設定される。
The first electrolyte membrane /
アノード電極24は、固体高分子電解質膜22及びカソード電極26よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型MEAを構成している。なお、アノード電極24とカソード電極26とは、同一の表面積を有していてもよく、また、前記アノード電極24は、カソード電極26よりも大きな表面積を有していてもよい。固体高分子電解質膜22、アノード電極24及びカソード電極26は、それぞれ矢印B方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。
The
アノード電極24及びカソード電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。
The
図1に示すように、セルユニット12の長辺方向(矢印C方向)の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(空気等)を供給するための酸化剤ガス入口連通孔30a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス(水素ガス等)を供給するための燃料ガス入口連通孔32aが設けられる。
As shown in FIG. 1, an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas (air or the like) is supplied to the upper edge of the long side direction (arrow C direction) of the
セルユニット12の長辺方向(矢印C方向)の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔30bが設けられる。
The lower end edge of the long side direction (arrow C direction) of the
セルユニット12の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔34aが設けられるとともに、前記セルユニット12の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔34bが設けられる。
At one edge of the
第1セパレータ14の第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第1燃料ガス流路36が形成される。第1燃料ガス流路36は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第1燃料ガス流路36の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部38及び出口バッファ部40が設けられる。
A first fuel
エンボス形状は、円形や四角形の他、棒状等種々の形状に設定することができ、第1セパレータ14の表裏に設けられる。なお、以下に説明する第2セパレータ18及び第3セパレータ20に設けられる各バッファ部においても、同様である。
The embossed shape can be set to various shapes such as a rod shape in addition to a circular shape and a rectangular shape, and is provided on the front and back surfaces of the
さらに、第1燃料ガス流路36は、矢印C方向に直線状に延在する複数の直線状流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する第1酸化剤ガス流路50、第2燃料ガス流路58、第2酸化剤ガス流路66、燃料ガス流路118及び酸化剤ガス流路120でも、同様である。
Further, the first
入口バッファ部38及び出口バッファ部40は、燃料ガス入口連通孔32aから第1燃料ガス流路36の幅方向に燃料ガスを均一に分配する機能、及び前記第1燃料ガス流路36の幅方向に流通する前記燃料ガスを燃料ガス出口連通孔32bに均一に集合させる機能を有する。
The
第1セパレータ14の面14bには、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、第1燃料ガス流路36の裏面形状である。
A cooling
第2セパレータ18の第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面18aには、図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する第1酸化剤ガス流路50が形成される。第1酸化剤ガス流路50は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第1酸化剤ガス流路50の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部52及び出口バッファ部54が設けられる。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、第2セパレータ18の第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面18bには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第2燃料ガス流路58が形成される。第2燃料ガス流路58は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第2燃料ガス流路58の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部60及び出口バッファ部62が設けられる。
As shown in FIG. 5, the second fuel gas flow that communicates the fuel gas
図6に示すように、第3セパレータ20の第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面20aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する第2酸化剤ガス流路66が形成される。
As shown in FIG. 6, the
第2酸化剤ガス流路66は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第2酸化剤ガス流路66の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部68及び出口バッファ部70が設けられる。
The second oxidant
第3セパレータ20の面20bには、図1に示すように、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、第1燃料ガス流路36及び第2酸化剤ガス流路66の裏面形状(波形状)の重ね合わせにより形成される。
As shown in FIG. 1, a cooling
第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材74が一体成形される。第2セパレータ18の面18a、18bには、この第2セパレータ18の外周端縁部を周回して第2シール部材76が一体成形されるとともに、第3セパレータ20の面20a、20bには、この第3セパレータ20の外周端縁部を周回して第3シール部材78が一体成形される。
A
第1〜第3シール部材74、76及び78としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
As the first to
図1に示すように、第1セパレータ14には、燃料ガス入口連通孔32aと第1燃料ガス流路36とを連通する入口側第1連結流路80aと、燃料ガス出口連通孔32bと前記第1燃料ガス流路36とを連通する出口側第1連結流路80bとが設けられる。入口側第1連結流路80aは、複数の外側供給孔部82aと複数の内側供給孔部82bとを有する。
As shown in FIG. 1, the
面14a側には、燃料ガス入口連通孔32aと各外側供給孔部82aとを連通する複数の通路84aが設けられる。面14b側には、外側供給孔部82aと内側供給孔部82bとを連通する複数の通路84bが形成される。出口側第1連結流路80bは、同様に、複数の外側排出孔部86aと複数の内側排出孔部86bとを有する。
On the
面14a側には、燃料ガス出口連通孔32bと各外側排出孔部86aとを連通する複数の通路88aが形成される。面14b側には、外側排出孔部86aと内側排出孔部86bとを連通する複数の通路88bが形成される。
On the
図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと第1酸化剤ガス流路50との連通部分には、入口側連結ブリッジ部90a及び出口側連結ブリッジ部90bが設けられる。入口側連結ブリッジ部90a及び出口側連結ブリッジ部90bには、複数の入口側第2連結流路(通路)92a及び複数の出口側第2連結流路(通路)92bが形成される。
As shown in FIG. 4, the oxidant gas
図2に示すように、出口側連結ブリッジ部90bは、第2セパレータ18の金属部位18Pを切り欠いた開口部91に、前記開口部91と重なり部95aを有する樹脂製通路部材95がアウトサート成形により一体成形されて構成される。
As shown in FIG. 2, the outlet-side connecting
通路部材95には、複数の出口側第2連結流路92bが、凸部92bt間に形成される(図3参照)。図3は、図1中、通路部材95、106(後述する)で切断した断面図である。
In the
なお、入口側連結ブリッジ部90aは、上記の出口側連結ブリッジ部90bと同様に構成してもよい。
In addition, you may comprise the entrance side
通路部材95は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PA(ポリアミド)、PEN(ポリエーテルニトリル)又はPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等で構成される。
The
図5に示すように、第2セパレータ18には、燃料ガス入口連通孔32aと第2燃料ガス流路58とを連通する入口側第2連結流路92aと、燃料ガス出口連通孔32bと前記第2燃料ガス流路58とを連通する出口側第2連結流路92bとが設けられる。入口側第2連結流路92aは、供給孔部94を有する。面18a側には、燃料ガス入口連通孔32aと供給孔部94とを連通する通路96aが形成される。
As shown in FIG. 5, the
出口側第2連結流路92bは、同様に、複数の排出孔部98を有する。面18a側には、排出孔部98を燃料ガス出口連通孔32bに連通する複数の通路96bが形成される。入口側第2連結流路92a及び出口側第2連結流路92bは、上記の入口側連結ブリッジ部90a及び出口側連結ブリッジ部90bと同様に構成してもよい。
Similarly, the outlet-side
図6に示すように、第3セパレータ20には、酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと第2酸化剤ガス流路66の連通部分には、入口側連結ブリッジ部100a及び出口側連結ブリッジ部100bが設けられる。入口側連結ブリッジ部100a及び出口側連結ブリッジ部100bには、複数の入口側連結流路(通路)102a及び複数の出口側連結流路(通路)102bが形成される。
As shown in FIG. 6, the
図2に示すように、出口側連結ブリッジ部100bは、第3セパレータ20の金属部位20Pを切り欠いた開口部104に、前記開口部104と重なり部106aを有する樹脂製通路部材106がアウトサート成形により一体成形されて構成される。
As shown in FIG. 2, the outlet-side connecting
通路部材106には、複数の出口側連結流路102bが、凸部102bt間に形成される(図3参照)。出口側連結流路102bは、出口側第2連結流路92bと積層方向(矢印A方向)に対して互いに距離hだけオフセットした位置(重なり合わない位置)に設定される。
In the
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔32aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔34aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ18の第1酸化剤ガス流路50及び第3セパレータ20の第2酸化剤ガス流路66に導入される(図4及び図6参照)。この酸化剤ガスは、第1酸化剤ガス流路50に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのカソード電極26に供給されるとともに、第2酸化剤ガス流路66に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのカソード電極26に供給される(図1参照)。
Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
一方、燃料ガスは、図1及び図5に示すように、燃料ガス入口連通孔32aから第1セパレータ14と第2セパレータ18との間に形成された通路84a、96aに導入される。通路84aに導入された燃料ガスは、外側供給孔部82aを通って第1セパレータ14の面14b側に移動する。さらに、燃料ガスは、通路84bを通って内側供給孔部82bから面14a側に導入される。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 5, the fuel gas is introduced into the
このため、燃料ガスは、図1に示すように、第1燃料ガス流路36に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのアノード電極24に供給される。また、通路96aに導入された燃料ガスは、図5に示すように、供給孔部94を通って第2セパレータ18の面18b側に移動する。このため、燃料ガスは、面18b側で入口バッファ部60に供給された後、第2燃料ガス流路58に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのアノード電極24に供給される(図1及び図5参照)。
Therefore, as shown in FIG. 1, the fuel gas moves along the first fuel
従って、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bでは、カソード電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード電極24に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in the first and second electrolyte membrane /
次いで、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bの各カソード電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the
第1電解質膜・電極構造体16aのアノード電極24に供給されて消費された燃料ガスは、図1に示すように、出口バッファ部40から内側排出孔部86bを通って第1セパレータ14の面14b側に導出される。
As shown in FIG. 1, the fuel gas consumed by being supplied to the
面14b側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部86aに導入され、再度、面14a側に移動する。このため、燃料ガスは、図1に示すように、外側排出孔部86aから通路88aを通って燃料ガス出口連通孔32bに排出される。
The fuel gas led out to the
また、第2電解質膜・電極構造体16bのアノード電極24に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部62から排出孔部98を通って面18a側に移動する。この燃料ガスは、図5に示すように、通路96bを通って燃料ガス出口連通孔32bに排出される。
Further, the fuel gas consumed by being supplied to the
一方、冷却媒体入口連通孔34aに供給された冷却媒体は、図1に示すように、第1セパレータ14と第3セパレータ20との間に形成された冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bを冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bに排出される。
On the other hand, after the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図2〜図4に示すように、第1酸化剤ガス流路50の出口側と酸化剤ガス出口連通孔30bとの間を連通する出口側連結ブリッジ部90bを備えている。この出口側連結ブリッジ部90bは、第2セパレータ18の金属部位18Pを切り欠いた開口部91に、樹脂製の通路部材95がアウトサート成形により一体成形されている。
In this case, in 1st Embodiment, as shown in FIGS. 2-4, the exit side connection bridge part which connects between the exit side of the 1st oxidizing
このため、第1酸化剤ガス流路50と酸化剤ガス出口連通孔30bとの間の絶縁経路が有効に長尺化される。従って、酸化剤ガス出口連通孔30bに連なる水繋がりによる液絡が発生することを阻止するとともに、金属セパレータである第2セパレータ18自体の腐食を確実に抑制することが確実になるという効果が得られる。
For this reason, the insulation path between the first oxidant
さらに、出口側連結ブリッジ部90bは、金属部位18Pのプレス成形に代えて、開口部91を設けるとともに、この開口部91に通路部材95がアウトサート成形により一体成形されている。これにより、金属部位18Pの変形を防止するために出口側連結ブリッジ部90bの裏側にゴムブリッジ等を設ける必要がなく、構成の簡素化が図られる。
Further, the outlet side connecting
なお、第3セパレータ20において、第2酸化剤ガス流路66の出口側と酸化剤ガス出口連通孔30bとの間を連結する出口側連結ブリッジ部100bでは、上記の出口側連結ブリッジ部90bと同様の効果が得られる。
In the
また、その他、必要に応じて設けられた各連結ブリッジ部においても、同様の効果を得ることが可能である。 In addition, the same effect can be obtained in each connecting bridge portion provided as necessary.
第1の実施形態では、酸化剤ガスの各ブリッジ部に適用しているが、これに限定されるものではなく、燃料ガスの各ブリッジ部にも適用することができる。さらに、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の流路は、直線状流路溝により構成してもよい。以下の第2の実施形態においても、同様である。 In 1st Embodiment, although applied to each bridge part of oxidizing gas, it is not limited to this, It can apply also to each bridge part of fuel gas. Furthermore, the flow paths of the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium may be configured by straight flow path grooves. The same applies to the following second embodiment.
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池110を構成する発電セル112の分解概略斜視図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 7 is an exploded schematic perspective view of the
発電セル112は、電解質膜・電極構造体16が第1セパレータ114と第2セパレータ116とに挟持される。第1セパレータ114及び第2セパレータ116は、金属セパレータで構成される。
In the
第1セパレータ114の電解質膜・電極構造体16に向かう面114aには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する燃料ガス流路118が形成される。燃料ガス流路118は、矢印C方向に延在する複数の波状(又は直線状)流路溝を有する。
A fuel gas flow path 118 that communicates the fuel gas
燃料ガス流路118の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部60及び出口バッファ部62が設けられる。
In the vicinity of the inlet (upper end) and the outlet (lower end) of the fuel gas channel 118, an
図8に示すように、第2セパレータ116の電解質膜・電極構造体16に向かう面116aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとを連通する酸化剤ガス流路120が形成される。この酸化剤ガス流路120は、矢印C方向に延在する複数の波状(又は直線状)流路溝を有する。
As shown in FIG. 8, on the
酸化剤ガス流路120の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部122及び出口バッファ部124が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと酸化剤ガス流路120との連通部分には、入口側連結ブリッジ部126a及び出口側連結ブリッジ部126bとが設けられる。
In the vicinity of the inlet (upper end) and outlet (lower end) of the oxidant
入口側連結ブリッジ部126a及び出口側連結ブリッジ部126bには、複数の入口側連結流路(通路)128a及び複数の出口側連結流路(通路)128bが形成される。入口側連結ブリッジ部126a及び出口側連結ブリッジ部126bは、入口側連結ブリッジ部90a(100a)及び出口側連結ブリッジ部90b(100b)と同様に構成され、金属部位を切り欠いた開口部にアウトサート成形される樹脂製通路部材130a、130bを有する。
A plurality of inlet side connection channels (passages) 128a and a plurality of outlet side connection channels (channels) 128b are formed in the inlet side
図7に示すように、各発電セル112では、互いに隣接する第1セパレータ114の面114bと第2セパレータ116の面116bとの間には、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。
As shown in FIG. 7, in each
このように構成される第2の実施形態では、図8に示すように、酸化剤ガス出口連通孔30bと酸化剤ガス流路120との連通部分には、出口側連結ブリッジ部126bが形成されており、前記出口側連結ブリッジ部126bは、樹脂製の通路部材130bを備えている。このため、液絡を良好に阻止するとともに、金属セパレータである第2セパレータ116自体の腐食を抑制することができる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 8, an outlet-side connecting
10、110…燃料電池 12…セルユニット
14、18、20、114、116…セパレータ
16、16a、16b…電解質膜・電極構造体
18P、20P…金属部位 22…固体高分子電解質膜
24…アノード電極 26…カソード電極
30a…酸化剤ガス入口連通孔 30b…酸化剤ガス出口連通孔
32a…燃料ガス入口連通孔 32b…燃料ガス出口連通孔
34a…冷却媒体入口連通孔 34b…冷却媒体出口連通孔
36、58、118…燃料ガス流路 44…冷却媒体流路
50、66、120…酸化剤ガス流路 74、76、78…シール部材
80a、80b、92a、92b、102a、102b、128a、128b…連結流路
90a、90b、100a、100b、126a、126b…連結ブリッジ部
91、104…開口部
95、106、130a、130b…通路部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110 ...
Claims (1)
前記流体流路と前記流体連通孔との間を連通する連結ブリッジ部を備え、
前記連結ブリッジ部は、前記金属セパレータの金属部位を切り欠いた開口部に樹脂製通路部材がアウトサート成形により一体成形されるとともに、
前記樹脂製通路部材には、前記流体流路と前記流体連通孔との間を連通する通路が形成されることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is allowed to flow in the surface direction of the metal separator. A fuel cell in which a fluid flow path and a fluid communication hole for supplying the fluid in the stacking direction are formed,
A connection bridge portion communicating between the fluid flow path and the fluid communication hole;
The connecting bridge portion is integrally formed with an outsert molding of a resin passage member in an opening in which a metal portion of the metal separator is cut out.
The fuel cell according to claim 1, wherein the resin passage member is formed with a passage communicating between the fluid flow path and the fluid communication hole.
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