JP2013229206A

JP2013229206A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2013229206A
Application number: JP2012101015A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Yanai; 智紀谷内; Masaki Kamakura; 正樹鎌倉
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which permits the presence of fluid leakage from between separators and the place of leakage to be inspected easily and promptly.SOLUTION: A separator 13 has on one end face 29 thereof a V-shaped notch 30 of the same kind formed at the same position in the circumferential direction of the separator 13 over the entire width in the thickness direction of the separator 13. The notch 30 of the separator 13 constitutes one dented groove extending in the laminate direction of a cell stack structure. Therefore, when a surface active agent is poured into the notch 30 of the separator 13 at the time an inspection is made to check the presence of nitrogen gas leakage from between separators 13 and the place of leakage, the surface active agent flows in the dented groove spreading over the entire area thereof. Then, the surface active agent flows out of the dented groove into between the separators 13 flowing along the surface of a gasket 28 between the separators 13.

Description

本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池自動車に搭載される燃料電池は、複数の単位セルが積み重ねられたセルスタック構造を有している。各単位セルは、電解質膜の一方面および他方面にそれぞれアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を接合してなる膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）をセパレータで挟み込むことにより構成されている。 A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle has a cell stack structure in which a plurality of unit cells are stacked. Each unit cell is configured by sandwiching a membrane / electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) formed by joining an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode) on one side and the other side of an electrolyte membrane, respectively. Has been.

アノード側の各セパレータの膜／電極接合体と接触する部分には、凹溝が燃料流路として形成されている。カソード側の各セパレータの膜／電極接合体と接触する部分には、凹溝が空気流路として形成されている。各単位セルにおいて、燃料流路および空気流路にそれぞれ液体燃料および空気が流れることにより、膜／電極接合体に燃料および空気が供給されて、電気化学反応（発電反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。 A concave groove is formed as a fuel flow path in a portion of each anode that contacts the membrane / electrode assembly of the separator. A concave groove is formed as an air flow path in a portion of the cathode in contact with the separator / membrane / electrode assembly. In each unit cell, liquid fuel and air flow through the fuel flow path and the air flow path, respectively, so that fuel and air are supplied to the membrane / electrode assembly to generate an electrochemical reaction (power generation reaction). An electromotive force is generated by the reaction.

また、膜／電極接合体を挟まずに対向するセパレータ間には、凹溝が冷却水流路として形成されている。冷却水流路を冷却水が流れることにより、燃料電池が冷却される。 Further, a concave groove is formed as a cooling water channel between the opposing separators without sandwiching the membrane / electrode assembly. As the cooling water flows through the cooling water flow path, the fuel cell is cooled.

膜／電極接合体を挟んで対向するセパレータ間には、ガスケットがその周縁部の全周にわたって設けられ、そのガスケットにより、膜／電極接合体を収容する空間が取り囲まれている。また、膜／電極接合体を挟まずに対向するセパレータ間にも、ガスケットがその周縁部の全周にわたって設けられ、そのガスケットにより、冷却水流路が取り囲まれている。これにより、セパレータ間からの燃料、空気および冷却水などの流体の漏洩が防止されている。 Between the separators facing each other with the membrane / electrode assembly interposed therebetween, a gasket is provided over the entire periphery of the peripheral portion, and a space for accommodating the membrane / electrode assembly is surrounded by the gasket. Further, a gasket is provided over the entire circumference of the peripheral portion between the opposing separators without sandwiching the membrane / electrode assembly, and the cooling water flow path is surrounded by the gasket. Thereby, leakage of fluids such as fuel, air and cooling water from between the separators is prevented.

燃料電池の製造時には、セパレータ間からの流体の漏洩の有無が検査される。その手法として、たとえば、シール部分に石鹸水を塗布し、流路に気体を供給して、シール部分からの気体の漏洩を観察することにより、流体の漏洩の有無および漏洩箇所を検査する方法が提案されている。 At the time of manufacturing the fuel cell, the presence or absence of fluid leakage from between the separators is inspected. As a method for this, for example, a method of inspecting the presence or absence of fluid leakage and the leakage location by applying soapy water to the seal portion, supplying gas to the flow path, and observing gas leakage from the seal portion. Proposed.

特開平９−８２３５２号公報JP-A-9-82352

この方法では、各セパレータ間のガスケットに石鹸水を塗布しなければならず、流体の漏洩の検査に手間および時間がかかる。 In this method, soapy water must be applied to the gasket between the separators, and it takes time and effort to check for fluid leakage.

本発明の目的は、セパレータ間からの流体の漏洩の有無および漏洩箇所を簡易かつ迅速に検査することができる、燃料電池を提供することである。 The objective of this invention is providing the fuel cell which can test | inspect simply and rapidly the presence or absence of the leakage of the fluid from between separators, and a leak location.

前記の目的を達成するため、本発明に係る燃料電池は、膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体の両側に前記膜／電極接合体と対向して配置され、流体が流通する流路が少なくとも前記膜／電極接合体側の面に形成されたセパレータとを単位セルとして、前記単位セルが複数積層されたセルスタック構造を有している。互いに隣接する前記セパレータ間には、ガスケットが前記流路の周囲をその全周にわたって取り囲むように形成されている。各前記セパレータの周縁部には、その周方向の同一位置に同一形状の切れ込みが前記セパレータの厚さ方向の全幅にわたって形成されている。そして、前記燃料電池は、前記セルスタック構造を前記単位セルの積層方向の両側から挟み込み、前記積層方向の両端に配置される前記セパレータに形成された前記切れ込みと前記積層方向に対向する流下防止壁部を備えている。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a membrane / electrode assembly, a flow that is disposed on both sides of the membrane / electrode assembly, facing the membrane / electrode assembly, and in which a fluid flows. The device has a cell stack structure in which a plurality of the unit cells are stacked with a unit formed of a separator formed on at least the surface on the membrane / electrode assembly side. Between the separators adjacent to each other, a gasket is formed so as to surround the periphery of the flow path over the entire circumference. In the peripheral part of each separator, a cut having the same shape is formed at the same position in the circumferential direction over the entire width in the thickness direction of the separator. The fuel cell sandwiches the cell stack structure from both sides in the stacking direction of the unit cells, and the flow prevention walls facing the notches formed in the separators arranged at both ends in the stacking direction and facing the stacking direction. Department.

各セパレータの切れ込みは、セルスタック構造において、その積層方向に延びる１本の凹溝となる。そのため、セパレータ間からの流体の漏洩の有無を検査するときには、凹溝（切れ込み）に界面活性剤を注入すれば、界面活性剤が凹溝内を流れて、凹溝内の全域に界面活性剤が行き渡る。凹溝の端部には、流下防止壁部が対向しており、流下防止壁部により、凹溝の端部からの界面活性剤の流出が防止される。そのため、凹溝内の界面活性剤は、凹溝からセパレータ間に流入し、セパレータ間のガスケットの表面に沿って流れる。その結果、各ガスケットの表面の全周に界面活性剤を速やかに行き渡らせることができる。 The notch of each separator becomes one concave groove extending in the stacking direction in the cell stack structure. Therefore, when inspecting for leakage of fluid from between the separators, if a surfactant is injected into the groove (cut), the surfactant flows through the groove, and the surfactant is spread over the entire area of the groove. Go around. A flow-preventing wall is opposed to the end of the groove, and the flow-preventing wall prevents the surfactant from flowing out from the end of the groove. Therefore, the surfactant in the recessed groove flows between the separators from the recessed groove and flows along the surface of the gasket between the separators. As a result, the surfactant can be quickly spread all around the surface of each gasket.

そして、流路に窒素ガスなどの流体を供給することにより、セパレータ間からの流体の漏洩の有無および漏洩箇所を検査することができる。 Then, by supplying a fluid such as nitrogen gas to the flow path, it is possible to inspect the presence / absence and leakage location of fluid from between the separators.

よって、セパレータ間からの流体の漏洩の有無および漏洩箇所を簡易かつ迅速に検査することができる。 Therefore, it is possible to easily and quickly inspect the presence / absence of leakage of fluid from the separator and the leakage location.

また、界面活性剤は、凹溝内およびセパレータ間を流れ、セパレータの周面における凹溝外の部分に付着しない。そのため、検査により、セパレータ間からの流体の漏洩箇所が特定されたときに、その漏洩箇所をマーカでマーキングすることができる。 Further, the surfactant flows in the groove and between the separators, and does not adhere to a portion outside the groove on the peripheral surface of the separator. For this reason, when the leak location of the fluid from between the separators is specified by the inspection, the leak location can be marked with a marker.

本発明によれば、セパレータ間からの流体の漏洩の有無および漏洩箇所を簡易かつ迅速に検査することができる。 According to the present invention, it is possible to easily and quickly inspect for the presence or absence of fluid leakage from the separator and the leakage location.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池のセルの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a cell of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図２は、燃料電池を組み立てる際に使用される締結治具を図解的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a fastening jig used when assembling the fuel cell. 図３Ａは、燃料電池における流体のリークチェック（漏洩検査）の手順を示すフローチャート（その１）である。FIG. 3A is a flowchart (part 1) illustrating a procedure of a fluid leak check (leakage inspection) in the fuel cell. 図３Ｂは、燃料電池における流体のリークチェック（漏洩検査）の手順を示すフローチャート（その２）である。FIG. 3B is a flowchart (part 2) showing the procedure of the fluid leak check (leakage inspection) in the fuel cell.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池セルの分解斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

燃料電池１は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセル２が一方向に積層された、いわゆるセルスタック構造を有している。複数のセル２は、その積層方向の両側から出力端子付の集電板３（図２参照）によって挟まれ、さらにその両外側からエンドプレート４（図２参照）によって挟まれている。 The fuel cell 1 has a so-called cell stack structure in which a predetermined number (for example, 100 to 200) of cells 2 are stacked in one direction. The plurality of cells 2 are sandwiched by current collector plates 3 with output terminals (see FIG. 2) from both sides in the stacking direction, and are further sandwiched by end plates 4 (see FIG. 2) from both outer sides.

各セル２は、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode
Assembly）１１と、膜／電極接合体１１の両側に配置されるガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion
Layer）１２と、ガス拡散層１２の外側に配置されるセパレータ１３とを備えている。 Each cell 2 has a membrane / electrode assembly (MEA: Membrane Electrode).
Assembly) 11 and gas diffusion layers (GDL: Gas Diffusion) disposed on both sides of the membrane / electrode assembly 11
Layer) 12 and a separator 13 disposed outside the gas diffusion layer 12.

膜／電極接合体１１は、アノード（燃料極）およびカソード（酸素極）が固体高分子膜を挟んで互いに対向した構造を有している。膜／電極接合体１１は、たとえば、六角形板状をなしている。 The membrane / electrode assembly 11 has a structure in which an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode) face each other across a solid polymer membrane. The membrane / electrode assembly 11 has, for example, a hexagonal plate shape.

ガス拡散層１２は、その表面に直交する方向から見た平面視で膜／電極接合体１１とほぼ同じ形状に形成されている。 The gas diffusion layer 12 is formed in substantially the same shape as the membrane / electrode assembly 11 in a plan view viewed from a direction orthogonal to the surface thereof.

セパレータ１３は、セル２の積層方向（以下、単に「積層方向」という。）に厚さを有する矩形薄板状をなしている。セパレータ１３には、積層方向の一方側の一方面１４および他方側の他方面１５の中央部に、それぞれ凹溝（図示せず）が形成されている。アノード側のセパレータ１３の一方面１４の凹溝は、燃料流路として形成されている。アノード側のガス拡散層１２は、アノード側のセパレータ１３の一方面１４の中央部に接触し、凹溝を積層方向から閉塞する。また、カソード側のセパレータ１３の他方面１５の凹溝は、空気流路として形成されている。カソード側のガス拡散層１２は、カソード側のセパレータ１３の他方面１５の中央部に接触し、凹溝を積層方向から閉塞する。アノード側のセパレータ１３の他方面１５の凹溝およびその他方面１５と対向するカソード側のセパレータ１３の一方面１４の凹溝は、積層方向に互いに重なって、各セル２間に、冷却水流路を形成する。 The separator 13 has a rectangular thin plate shape having a thickness in the stacking direction of the cells 2 (hereinafter simply referred to as “stacking direction”). In the separator 13, a concave groove (not shown) is formed in the center of one surface 14 on one side and the other surface 15 on the other side in the stacking direction. A concave groove on one surface 14 of the anode-side separator 13 is formed as a fuel flow path. The anode-side gas diffusion layer 12 contacts the central portion of the one surface 14 of the anode-side separator 13 and closes the concave groove from the stacking direction. The concave groove on the other surface 15 of the cathode-side separator 13 is formed as an air flow path. The cathode-side gas diffusion layer 12 contacts the central portion of the other surface 15 of the cathode-side separator 13 and closes the concave groove from the stacking direction. The groove on the other surface 15 of the separator 13 on the anode side and the groove on the one surface 14 of the separator 13 on the cathode side facing the other surface 15 overlap each other in the stacking direction, and a cooling water flow path is formed between the cells 2. Form.

セパレータ１３の周縁部には、燃料入口１６、燃料出口１７、空気入口１８、空気出口１９、冷却水入口２０および冷却水出口２１が厚さ方向に貫通して形成されている。 A fuel inlet 16, a fuel outlet 17, an air inlet 18, an air outlet 19, a cooling water inlet 20, and a cooling water outlet 21 are formed through the peripheral edge of the separator 13 in the thickness direction.

燃料入口１６、燃料出口１７、空気入口１８および空気出口１９は、それぞれセパレータ１３の角部に形成されている。具体的には、セパレータ１３を一方面１４側から見て、セパレータ１３の右下角部、左上角部、右上角部および左下角部に、それぞれ燃料入口１６、燃料出口１７、空気入口１８および空気出口１９が形成されている。燃料入口１６および燃料出口１７は、ほぼ同じ開口面積を有する略台形状をなしている。空気入口１８および空気出口１９は、ほぼ同じ開口面積を有する略台形状をなしている。燃料入口１６および燃料出口１７の開口面積は、空気入口１８および空気出口１９の開口面積よりも大きい。 The fuel inlet 16, the fuel outlet 17, the air inlet 18 and the air outlet 19 are respectively formed at the corners of the separator 13. Specifically, when the separator 13 is viewed from the one surface 14 side, the fuel inlet 16, the fuel outlet 17, the air inlet 18 and the air are respectively provided at the lower right corner, the upper left corner, the upper right corner and the lower left corner of the separator 13. An outlet 19 is formed. The fuel inlet 16 and the fuel outlet 17 have a substantially trapezoidal shape having substantially the same opening area. The air inlet 18 and the air outlet 19 have a substantially trapezoidal shape having substantially the same opening area. The opening areas of the fuel inlet 16 and the fuel outlet 17 are larger than the opening areas of the air inlet 18 and the air outlet 19.

冷却水入口２０は、２つ形成されている。２つの冷却水入口２０は、燃料出口１７と空気出口１９との間において、セパレータ１３の一辺に沿って並べて形成され、それぞれその一辺に沿う方向に長い矩形状をなしている。 Two cooling water inlets 20 are formed. The two cooling water inlets 20 are formed side by side along one side of the separator 13 between the fuel outlet 17 and the air outlet 19, and each has a long rectangular shape along the one side.

冷却水出口２１は、２つ形成されている。２つの冷却水出口２１は、燃料入口１８と空気入口１８との間において、セパレータ１３の一辺に沿って並べて形成され、それぞれその一辺に沿う方向に長い矩形状をなしている。 Two cooling water outlets 21 are formed. The two cooling water outlets 21 are formed side by side along one side of the separator 13 between the fuel inlet 18 and the air inlet 18, and each has a long rectangular shape along the one side.

そして、セパレータ１３の一方面１４には、シール部２２，２３，２４，２５，２６，２７がそれぞれ燃料入口１６、燃料出口１７、空気入口１８、空気出口１９、冷却水入口２０および冷却水出口２１の周縁に沿って、それらを個別に取り囲むように設けられている。そして、シール部２２，２３，２４，２５，２６，２７は、互いに隣接する部分が接続されることにより、一体をなし、全体として、セパレータ１３の一方面１４の周縁部に配置され、その中央部に形成されている流路の周囲を全周にわたって取り囲む環状のガスケット２８をなしている。 On one surface 14 of the separator 13, seal portions 22, 23, 24, 25, 26, and 27 are respectively a fuel inlet 16, a fuel outlet 17, an air inlet 18, an air outlet 19, a cooling water inlet 20, and a cooling water outlet. It is provided along the periphery of 21 so that they may be surrounded individually. The seal portions 22, 23, 24, 25, 26, and 27 are integrated with each other by connecting adjacent portions, and the seal portions 22, 23, 24, 25, 26, and 27 are arranged as a whole at the peripheral portion of the one surface 14 of the separator 13 An annular gasket 28 that surrounds the entire circumference of the flow path formed in the part is formed.

ガスケット２８は、セルスタック構造において、ガスケット２８が設けられたセパレータ１３の一方面１４と対向するセパレータ１４の他方面１５に押圧されている。これにより、それらのセパレータ１３間において、ガスケット２８に囲まれる空間は、ガスケット２８によって封止されている。 In the cell stack structure, the gasket 28 is pressed against the other surface 15 of the separator 14 facing the one surface 14 of the separator 13 provided with the gasket 28. Thereby, a space surrounded by the gasket 28 between the separators 13 is sealed by the gasket 28.

また、セルスタック構造において、燃料入口１６は、積層方向に重なり、各燃料入口１６の間は、シール部２２によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する燃料導入路が形成されている。また、セルスタック構造において、燃料出口１７は、積層方向に重なり、各燃料出口１７の間は、シール部２３によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する燃料導出路が形成されている。燃料導入路および燃料導出路は、各セル２の燃料流路と連通している。 In the cell stack structure, the fuel inlets 16 overlap in the stacking direction, and the gaps between the fuel inlets 16 are sealed by the seal portion 22. Thereby, in the fuel cell 1, a fuel introduction path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction is formed. Further, in the cell stack structure, the fuel outlets 17 overlap in the stacking direction, and the space between the fuel outlets 17 is sealed by the seal portion 23. Thereby, in the fuel cell 1, a fuel lead-out path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction is formed. The fuel introduction path and the fuel lead-out path communicate with the fuel flow path of each cell 2.

セルスタック構造において、空気入口１８は、積層方向に重なり、各空気入口１８の間は、シール部２４によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する空気導入路が形成されている。また、セルスタック構造において、空気出口１９は、積層方向に重なり、各空気出口１９の間は、シール部２５によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する空気導出路が形成されている。空気導入路および空気導出路は、各セル２の空気流路と連通している。 In the cell stack structure, the air inlets 18 overlap in the stacking direction, and the space between the air inlets 18 is sealed by a seal portion 24. Thereby, in the fuel cell 1, an air introduction path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction is formed. Further, in the cell stack structure, the air outlets 19 overlap in the stacking direction, and the space between the air outlets 19 is sealed by the seal portion 25. Thereby, in the fuel cell 1, an air lead-out path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction is formed. The air introduction path and the air lead-out path communicate with the air flow path of each cell 2.

さらに、セルスタック構造において、冷却水入口２０は、積層方向に重なり、各冷却水入口２０の間は、シール部２６によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する冷却水導入路が形成されている。また、セルスタック構造において、冷却水出口２１は、積層方向に重なり、各冷却水出口２１の間は、シール部２７によって封止される。これにより、燃料電池１には、セルスタック構造を積層方向に貫通する冷却水導出路が形成されている。冷却水導入路および冷却水導出路は、各セル２間の冷却水流路と連通している。 Furthermore, in the cell stack structure, the cooling water inlets 20 overlap in the stacking direction, and the space between the cooling water inlets 20 is sealed by the seal portion 26. Thereby, the fuel cell 1 is formed with a cooling water introduction path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction. Further, in the cell stack structure, the cooling water outlets 21 overlap in the stacking direction, and the space between the cooling water outlets 21 is sealed by the seal portion 27. Thereby, in the fuel cell 1, a cooling water lead-out path that penetrates the cell stack structure in the stacking direction is formed. The cooling water introduction path and the cooling water outlet path communicate with the cooling water flow path between the cells 2.

燃料導入路には、燃料の一例として、ヒドラジンが供給される。空気導入路には、空気が供給される。燃料導入路に供給されるヒドラジンは、燃料導入路から各セル２の燃料流路に流入し、各燃料流路を流れる。その一方で、空気導入路に供給される空気は、空気導入路から各セルの空気流路に流入し、各空気流路を流れる。これにより、各セル２では、電気化学反応が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。 Hydrazine is supplied to the fuel introduction path as an example of fuel. Air is supplied to the air introduction path. Hydrazine supplied to the fuel introduction path flows into the fuel flow path of each cell 2 from the fuel introduction path and flows through each fuel flow path. On the other hand, the air supplied to the air introduction path flows into the air flow path of each cell from the air introduction path and flows through each air flow path. Thereby, in each cell 2, an electrochemical reaction arises and the electromotive force by the electrochemical reaction generate | occur | produces.

すなわち、アノードにおいて、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。具体的には、電子は、アノード側のセパレータ１３を伝導し、外部回路を介して、集電板３に流れ込み、集電板３からカソード側のセパレータ１３を伝導してカソードに達する。一方、カソードでは、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、膜／電極接合体１１の固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。
ＮＨ_２ＮＨ_２＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ ・・・（１）
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・（２） That is, the reaction represented by the reaction formula (1) occurs at the anode, and nitrogen gas (N ₂ ), water (H ₂ O), and electrons (e ⁻ ) are generated. The electrons move to the cathode via an external circuit (not shown). Specifically, the electrons are conducted through the anode-side separator 13 and flow into the current collecting plate 3 through an external circuit, and are conducted from the current collecting plate 3 through the cathode-side separator 13 to reach the cathode. On the other hand, at the cathode, the reaction represented by the reaction formula (2) occurs, and an anion (OH ⁻ ) is generated. The anion passes through the solid polymer membrane of the membrane / electrode assembly 11 and moves to the anode.
NH ₂ NH ₂ + 4OH ⁻ → N ₂ + 4H ₂ O + 4e ⁻ (1)
O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (2)

この結果、各セル２のアノードとカソードとの間に、電気化学反応による起電力が発生する。 As a result, an electromotive force is generated between the anode and the cathode of each cell 2 by an electrochemical reaction.

冷却水導入路には、冷却水が供給される。冷却水導入路に供給される冷却水は、冷却水導入路から各セル２間の冷却水流路に流入し、各冷却水流路を流れる。これにより、燃料電池１が冷却される。 Cooling water is supplied to the cooling water introduction path. The cooling water supplied to the cooling water introduction path flows into the cooling water flow path between the cells 2 from the cooling water introduction path and flows through each cooling water flow path. Thereby, the fuel cell 1 is cooled.

そして、各セパレータ１３の一端面２９には、セパレータ１３の周方向における同一位置に、同一のＶ字状の切れ込み３０がセパレータ１３の厚さ方向の全幅にわたって形成されている。セパレータ１３の一端面２９における切れ込み３０の位置は、その一端面２９が延びる方向の中央よりも少し一方側に片寄っている（オフセットしている）。具体的には、燃料出口１７および空気入口１８は、一端面２９に沿って並んで形成され、燃料出口１７の開口面積は、空気入口１８の開口面積よりも大きい。そのため、燃料出口１７と空気入口１８との間の部分は、一端面２９が延びる方向の中央よりも少し空気入口１８側に片寄っている。そして、これに対応して、燃料出口１７および空気入口１８をそれぞれ取り囲むシール部２３，２４の境界部分（接続部分）は、一端面２９が延びる方向の中央よりも少し空気入口１８側に片寄っている。切れ込み３０は、一端面２９が延びる方向において、シール部２３，２４の境界部分と同じ位置に形成されている。 Then, the same V-shaped cut 30 is formed on the one end surface 29 of each separator 13 at the same position in the circumferential direction of the separator 13 over the entire width of the separator 13 in the thickness direction. The position of the notch 30 on the one end surface 29 of the separator 13 is slightly offset (offset) to one side from the center in the direction in which the one end surface 29 extends. Specifically, the fuel outlet 17 and the air inlet 18 are formed side by side along the one end face 29, and the opening area of the fuel outlet 17 is larger than the opening area of the air inlet 18. Therefore, the portion between the fuel outlet 17 and the air inlet 18 is slightly offset toward the air inlet 18 side from the center in the direction in which the one end face 29 extends. Correspondingly, the boundary portions (connection portions) of the seal portions 23 and 24 that respectively surround the fuel outlet 17 and the air inlet 18 are slightly offset toward the air inlet 18 side from the center in the direction in which the one end face 29 extends. Yes. The notch 30 is formed at the same position as the boundary portion of the seal portions 23 and 24 in the direction in which the one end face 29 extends.

ガスケット２８の外周縁は、シール部２３，２４の境界部分において、一端面２９側に向けて開放される略Ｖ字状をなしている。そのため、シール部２３，２４の境界部分と一端面２９との間の間隔は、シール部２３，２４の境界部分の両側部分と一端面２９との間の間隔よりも大きくなっている。そして、切れ込み３０は、シール部２３，２４の境界部分と一端面２９との間に形成されている。これにより、切れ込み３０を深く形成することができる。その結果、後述するリークチェックにおいて、切れ込み３０に界面活性剤が注入されるときの流量を大きくすることができるので、各ガスケット２８の表面の全周に界面活性剤を速やかに行き渡らせることができる。 The outer peripheral edge of the gasket 28 has a substantially V shape that opens toward the one end face 29 at the boundary between the seal portions 23 and 24. Therefore, the interval between the boundary portion of the seal portions 23 and 24 and the one end surface 29 is larger than the interval between both side portions of the boundary portion of the seal portions 23 and 24 and the one end surface 29. The notch 30 is formed between the boundary portion of the seal portions 23 and 24 and the one end surface 29. Thereby, the notch 30 can be formed deeply. As a result, in the leak check to be described later, the flow rate when the surfactant is injected into the notch 30 can be increased, so that the surfactant can be quickly spread all around the surface of each gasket 28. .

図２は、燃料電池を組み立てる際に使用される締結治具を図解的に示す斜視図である。
燃料電池１の組立てには、締結治具３１が用いられる。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing a fastening jig used when assembling the fuel cell.
A fastening jig 31 is used for assembling the fuel cell 1.

締結治具３１は、燃料電池１（セル２、集電板３、エンドプレート４）がセットされる載置台３２と、載置台３２上の一端部に設けられた油圧ジャッキ３３とを備えている。 The fastening jig 31 includes a mounting table 32 on which the fuel cell 1 (cell 2, current collector plate 3, end plate 4) is set, and a hydraulic jack 33 provided at one end on the mounting table 32. .

載置台３２は、油圧ジャッキ３３が相対的に上方に位置するように、傾斜して設けられている。 The mounting table 32 is inclined so that the hydraulic jack 33 is positioned relatively upward.

油圧ジャッキ３３は、油圧により、載置台３２の下り傾斜方向と平行な方向に圧力を与えることができる。 The hydraulic jack 33 can apply pressure in a direction parallel to the downward inclination direction of the mounting table 32 by hydraulic pressure.

図３Ａ，３Ｂは、燃料電池における流体のリークチェック（漏洩検査）の手順を示すフローチャートである。 3A and 3B are flowcharts showing a procedure of fluid leak check (leakage inspection) in the fuel cell.

燃料電池１のリークチェックでは、まず、締結治具３１の載置台３２上の最も下方となる位置に、エンドプレート４がセットされる（ステップＳ１）。エンドプレート４は、図２に示されるように、積層方向から見て、セル２のセパレータ１３および集電板３よりもサイズが大きい矩形状をなしている。 In the leak check of the fuel cell 1, first, the end plate 4 is set at the lowest position on the mounting table 32 of the fastening jig 31 (step S1). As shown in FIG. 2, the end plate 4 has a rectangular shape having a size larger than that of the separator 13 and the current collector plate 3 of the cell 2 when viewed from the stacking direction.

次に、集電板３がエンドプレート４に対して載置台３２の傾斜方向（以下、単に「傾斜方向」という。）の上方に隣接するようにセットされる（ステップＳ２）。なお、集電板３は、積層方向から見て、セパレータ１３と同一形状をなし、図示されないが、集電板３の一端面にも、セパレータ１３の切れ込み３０と対応する位置に同一形状の切れ込みが形成されている。集電板３は、その切れ込みが形成されている一端面を上方に向けてセットされる。 Next, the current collector plate 3 is set so as to be adjacent to the end plate 4 above the inclination direction of the mounting table 32 (hereinafter simply referred to as “inclination direction”) (step S2). Note that the current collector plate 3 has the same shape as the separator 13 when viewed from the stacking direction and is not shown in the figure. However, the current collector plate 3 also has a notch of the same shape at a position corresponding to the notch 30 of the separator 13 on one end surface. Is formed. The current collector plate 3 is set with the one end surface where the cut is formed facing upward.

その後、集電板３に対して傾斜方向の上方に、２０個のセル２がセットされる（ステップＳ３〜Ｓ６）。 Thereafter, 20 cells 2 are set above the current collector plate 3 in the tilt direction (steps S3 to S6).

具体的には、セパレータ１３が一端面２９を上方に向けてセットされる（ステップＳ３）。このセパレータ１３に対して傾斜方向の上方に、ガス拡散層（ＧＤＬ）１２、膜／電極接合体（ＭＥＡ）１１およびガス拡散層１２がこの順にセットされる（ステップＳ４）。その後、セパレータ１３が一端面２９を上方に向けてセットされる（ステップＳ５）。ステップＳ２〜Ｓ５の手順を１セットとして、その手順が２０回繰り返されることにより、２０個のセル２がセットされる。なお、各セパレータ１３は、一方面１４を同一方向に向けてセットされる。 Specifically, the separator 13 is set with the one end face 29 facing upward (step S3). The gas diffusion layer (GDL) 12, the membrane / electrode assembly (MEA) 11, and the gas diffusion layer 12 are set in this order above the separator 13 in the inclination direction (step S4). Thereafter, the separator 13 is set with the one end face 29 facing upward (step S5). By setting the procedure of steps S2 to S5 as one set and repeating the procedure 20 times, 20 cells 2 are set. Each separator 13 is set with one surface 14 facing the same direction.

２０個のセル２がセットされると、油圧ジャッキ３３により、集電板３、エンドプレート４および２０個のセル２の積層構造物に圧力が加えられる（ステップＳ７：油圧プレス）。これにより、ガスケット２８がセパレータ１３の他方面１５に押圧される。 When 20 cells 2 are set, pressure is applied to the current collector plate 3, the end plate 4 and the stacked structure of the 20 cells 2 by the hydraulic jack 33 (step S7: hydraulic press). As a result, the gasket 28 is pressed against the other surface 15 of the separator 13.

その後、図３Ｂに示されるように、燃料入口１６、空気入口１８および冷却水入口２０に窒素ガスが供給される（ステップＳ８）。このとき、燃料出口１７、空気出口１９および冷却水出口２１は、閉塞されている。これにより、窒素ガスは、燃料入口１６、空気入口１８および冷却水入口２０から各セル２の燃料流路および空気流路ならびに各セル２間の冷却水流路に流入する。その結果、燃料流路、空気流路および冷却水流路内には、たとえば、１気圧の窒素ガスが封入される。 Thereafter, as shown in FIG. 3B, nitrogen gas is supplied to the fuel inlet 16, the air inlet 18, and the cooling water inlet 20 (step S8). At this time, the fuel outlet 17, the air outlet 19, and the cooling water outlet 21 are closed. Thereby, nitrogen gas flows from the fuel inlet 16, the air inlet 18 and the cooling water inlet 20 into the fuel flow path and the air flow path of each cell 2 and the cooling water flow path between the cells 2. As a result, for example, 1 atmosphere of nitrogen gas is sealed in the fuel flow path, the air flow path, and the cooling water flow path.

その後、燃料流路、空気流路および冷却水流路内の圧力の低下が生じた場合、各セパレータ１３間のいずれかのガスケット２８によるシールが不良であり、そのシールが不良な部分から窒素ガス（流体）の漏洩が生じていると予想される。 Thereafter, when the pressure in the fuel flow path, the air flow path, and the cooling water flow path is reduced, the seal by any gasket 28 between the separators 13 is defective, and nitrogen gas ( (Fluid) leakage is expected.

そこで、燃料流路、空気流路および冷却水流路内の圧力の低下が生じた場合には（ステップＳ９のＹＥＳ）、傾斜方向の最上方のセパレータ１３の切れ込み３０に界面活性剤が注入される（ステップＳ１０）。 Therefore, when the pressure in the fuel flow path, the air flow path, and the cooling water flow path decreases (YES in step S9), the surfactant is injected into the cut 30 of the uppermost separator 13 in the tilt direction. (Step S10).

集電板３の切れ込みおよび各セパレータ１３の切れ込み３０は、それらの積層方向に延びる１本の凹溝をなしている。そのため、傾斜方向の最上方のセパレータ１３の切れ込み３０に界面活性剤が注入されると、界面活性剤は、重力により、凹溝内を流れて、凹溝内の全域に行き渡る。このとき、積層方向の最下方に配置されるエンドプレート４は、凹溝を積層方向の下方から閉塞し、凹溝の下端からの界面活性剤の流下を防止する流下防止壁部として機能する。 The notch of the current collector plate 3 and the notch 30 of each separator 13 form one concave groove extending in the stacking direction. Therefore, when the surfactant is injected into the notch 30 of the uppermost separator 13 in the inclined direction, the surfactant flows through the concave groove due to gravity and spreads over the entire area in the concave groove. At this time, the end plate 4 disposed at the lowermost position in the stacking direction functions as a flow-in prevention wall portion that closes the concave groove from below in the stacking direction and prevents the surfactant from flowing down from the lower end of the concave groove.

そして、凹溝内からセパレータ１３間に界面活性剤が流入し、界面活性剤がセパレータ１３間のガスケット２８の表面に沿ってその重力および表面張力によって流れる。その結果、各ガスケット２８の表面の全周に界面活性剤が速やかに行き渡る。 Then, the surfactant flows into the separator 13 from the inside of the concave groove, and the surfactant flows along the surface of the gasket 28 between the separators 13 due to its gravity and surface tension. As a result, the surfactant spreads quickly all around the surface of each gasket 28.

ガスケット２８における窒素ガスの漏洩箇所では、気泡が発生する。気泡が発生している箇所が確認されると（ステップＳ１１）、セパレータ１３の端面における気泡発生箇所の近傍の部分がマーカでマーキングされる（ステップＳ１２）。 Bubbles are generated at the leak point of the nitrogen gas in the gasket 28. When a location where bubbles are generated is confirmed (step S11), a portion in the vicinity of the location where bubbles are generated on the end face of the separator 13 is marked with a marker (step S12).

その後、油圧ジャッキ３３による加圧が解除されて、マーキングされたセパレータ１３を含むセル２が交換される。そして、油圧ジャッキ３３により、集電板３、エンドプレート４および２０個のセル２の積層構造物に圧力が加えられ（ステップＳ７）、燃料入口１６、空気入口１８および冷却水入口２０に窒素ガスが供給されて（ステップＳ８）、燃料流路、空気流路および冷却水流路内の圧力の低下の有無が再び調べられる（ステップＳ９）。 Thereafter, the pressure applied by the hydraulic jack 33 is released, and the cell 2 including the marked separator 13 is replaced. Then, pressure is applied to the stacked structure of the current collector plate 3, end plate 4 and 20 cells 2 by the hydraulic jack 33 (step S 7), and nitrogen gas is applied to the fuel inlet 16, air inlet 18 and cooling water inlet 20. Is supplied (step S8), and the presence or absence of pressure drop in the fuel flow path, the air flow path, and the cooling water flow path is checked again (step S9).

燃料流路、空気流路および冷却水流路内の圧力の低下がなければ（ステップＳ９のＮＯ）、所定数のセル２が締結治具３１の載置台３２上にセットされたか否か、つまり燃料電池１を構成するすべてのセル２が載置台３２上にセットされたか否かが確認される（ステップＳ１３）。 If there is no drop in pressure in the fuel flow path, air flow path, and cooling water flow path (NO in step S9), whether a predetermined number of cells 2 have been set on the mounting table 32 of the fastening jig 31, that is, fuel It is confirmed whether or not all the cells 2 constituting the battery 1 have been set on the mounting table 32 (step S13).

載置台３２上に所定数のセル２がセットされていない場合には（ステップＳ１３のＮＯ）、ステップＳ３の手順に戻り、載置台３２上に２０個のセル２が追加してセットされる。 If a predetermined number of cells 2 are not set on the mounting table 32 (NO in step S13), the process returns to step S3, and 20 cells 2 are additionally set on the mounting table 32.

こうして、ステップＳ３〜Ｓ１３の手順が繰り返されて、載置台３２上に所定数のセル２がセットされ、各ガスケット２８からの窒素ガスの漏洩がないことが確認されると、集電板３およびエンドプレート４が載置台３２上にセットされる。その後、油圧ジャッキ３３により、セル２、集電板３およびエンドプレート４の積層構造物に圧力が加えられる。そして、その状態でセル２、集電板３およびエンドプレート４の積層構造物が締結具で締結されることにより、燃料電池１が完成する。 Thus, when the procedure of steps S3 to S13 is repeated and a predetermined number of cells 2 are set on the mounting table 32 and it is confirmed that there is no leakage of nitrogen gas from each gasket 28, the current collector plate 3 and The end plate 4 is set on the mounting table 32. Thereafter, pressure is applied to the laminated structure of the cell 2, the current collector plate 3 and the end plate 4 by the hydraulic jack 33. And the laminated structure of the cell 2, the current collecting plate 3, and the end plate 4 is fastened with a fastener in that state, and the fuel cell 1 is completed.

以上のように、各セパレータ１３の切れ込み３０は、セルスタック構造において、その積層方向に延びる１本の凹溝となる。そのため、傾斜方向の最上方のセパレータ１３の切れ込み３０に注入される界面活性剤は、凹溝内を流れて、凹溝内の全域に行き渡る。凹溝の端部には、エンドプレート４が対向しており、エンドプレート４により、凹溝の端部からの界面活性剤の流出が防止される。そのため、凹溝内の界面活性剤は、凹溝内からセパレータ１３間に流入し、セパレータ１３間のガスケット２８の表面に沿って流れる。その結果、各ガスケット２８の表面の全周に界面活性剤を速やかに行き渡らせることができる。 As described above, the notch 30 of each separator 13 becomes one concave groove extending in the stacking direction in the cell stack structure. Therefore, the surfactant injected into the notch 30 of the uppermost separator 13 in the inclined direction flows in the concave groove and spreads throughout the concave groove. The end plate 4 faces the end of the groove, and the end plate 4 prevents the surfactant from flowing out from the end of the groove. Therefore, the surfactant in the concave groove flows between the separators 13 from the concave groove and flows along the surface of the gasket 28 between the separators 13. As a result, the surfactant can be quickly spread all around the surface of each gasket 28.

そして、燃料流路、空気流路および冷却水流路に窒素ガスを供給することにより、セパレータ１３間からの窒素ガスの漏洩の有無および漏洩箇所を検査することができる。 And by supplying nitrogen gas to a fuel flow path, an air flow path, and a cooling water flow path, the presence or absence and leakage location of the nitrogen gas from between the separators 13 can be inspected.

よって、セパレータ１３間からの窒素ガスの漏洩の有無および漏洩箇所を簡易かつ迅速に検査することができる。 Therefore, the presence / absence of leakage of nitrogen gas from between the separators 13 and the leakage location can be inspected easily and quickly.

また、界面活性剤は、凹溝内およびセパレータ１３間を流れ、セパレータ１３の周面における凹溝外の部分に付着しない。そのため、検査により、セパレータ１３間からの窒素ガスの漏洩箇所が特定されたときに、セパレータ１３における漏洩箇所の近傍の部分にマーカでマーキングすることができる。 Further, the surfactant flows in the groove and between the separators 13 and does not adhere to a portion outside the groove on the peripheral surface of the separator 13. Therefore, when the leak location of the nitrogen gas from between the separators 13 is specified by the inspection, it is possible to mark the portion in the vicinity of the leak location in the separator 13 with a marker.

また、セパレータ１３の一端面２９における切れ込み３０の位置は、その一端面２９が延びる方向の中央よりも少し一方側に片寄っている。そのため、各セパレータ１３が互いに対向するように、セパレータ１３を締結治具３１の載置台３２上にセットすれば、セパレータ１３の一方面１４を確実に同一方向に向けることができる。よって、セパレータ１３の一方面１４および他方面１５の向きを間違えることがなく、燃料電池１の組立てに要する手間および時間を短縮することができる。 Further, the position of the notch 30 on the one end surface 29 of the separator 13 is slightly shifted to one side from the center in the direction in which the one end surface 29 extends. Therefore, if the separator 13 is set on the mounting table 32 of the fastening jig 31 so that the separators 13 face each other, the one surface 14 of the separator 13 can be reliably directed in the same direction. Therefore, the direction of the one surface 14 and the other surface 15 of the separator 13 is not mistaken, and the labor and time required for assembling the fuel cell 1 can be shortened.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

たとえば、締結治具３１の載置台３２上に２０個のセル２がセットされる度に、セパレータ１３間からの窒素ガスの漏洩の有無および漏洩箇所の検査が行われるとしたが、２０個よりも少ない数のセル２がセットされる度に、その検査が行われてもよいし、２０個よりも多い数のセル２がセットされる度に、その検査が行われてもよい。 For example, every time 20 cells 2 are set on the mounting table 32 of the fastening jig 31, the presence / absence of leakage of nitrogen gas from between the separators 13 and the inspection of the leakage location are performed. The inspection may be performed each time a smaller number of cells 2 are set, or the inspection may be performed every time more than 20 cells 2 are set.

また、セパレータ１３の一端面２９に１つの切れ込み３０が形成された構成を取り上げたが、セパレータ１３の端面に２つ以上の切れ込み３０が形成されてもよい。この場合、セルスタック構造において、その積層方向に延びる２本以上の凹溝が形成される。リークチェックにおいて、各凹溝に界面活性剤を注入することにより、各ガスケット２８の表面の全周に界面活性剤を一層速やかに行き渡らせることができる。 Further, the configuration in which one notch 30 is formed on the one end surface 29 of the separator 13 has been taken up, but two or more notches 30 may be formed on the end surface of the separator 13. In this case, in the cell stack structure, two or more concave grooves extending in the stacking direction are formed. In the leak check, the surfactant can be spread more rapidly around the entire circumference of the surface of each gasket 28 by injecting the surfactant into each concave groove.

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.

１燃料電池
２セル（単位セル）
４エンドプレート（流下防止壁部）
１１膜／電極接合体
１３セパレータ
２８ガスケット
３０切れ込み 1 Fuel cell 2 cells (unit cell)
4 End plate (flow prevention wall)
11 Membrane / electrode assembly 13 Separator 28 Gasket 30 Notch

Claims

A separator in which a membrane / electrode assembly and a flow path through which a fluid flows are formed on at least the surface of the membrane / electrode assembly on both sides of the membrane / electrode assembly. And a unit cell, a fuel cell having a cell stack structure in which a plurality of the unit cells are stacked,
Between the separators adjacent to each other, a gasket is formed so as to surround the circumference of the flow path over the entire circumference thereof,
In the peripheral part of each separator, a cut of the same shape is formed over the entire width in the thickness direction of the separator at the same position in the circumferential direction,
A fuel cell comprising the cell stack structure sandwiched from both sides of the unit cell in the stacking direction, and a flow-preventing wall portion facing the notch and the stacking direction formed in the separator disposed at both ends of the stacking direction.