JP2015191801A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の隔離部材において、溝部に沿った方向からの衝撃に対して板部材同士のズレを防止する。
【解決手段】燃料電池は、複数の膜電極接合体と、複数の膜電極接合体の各々を隔離する複数の隔離部材とを備える。隔離部材は、起伏を有する板状を成し、第１の方向に延びた第１の溝部が形成された第１の板部材と；起伏を有する板状を成し、第１の板部材に重ね合わされ、第２の方向に延びた第２の溝部が形成された第２の板部材とを含む。第１の溝部は、第２の溝部に接触する部分であって第２の溝部の形状に応じて凹んだ第１の凹部を有し、第２の溝部は、第１の溝部に接触する部分であって第１の溝部の形状に応じて凹んだ第２の凹部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池として、電解質膜を一対の電極層で挟んだ膜電極接合体と、膜電極接合体を隔離する隔離部材とを交互に積層したものがある。燃料電池の隔離部材としては、起伏を有する板状を成す２枚の板部材を重ね合わせて構成されたものが知られている。このような隔離部材では、一方の板部材には、燃料ガスが流れる流路を形成する溝部が設けられ、他方の板部材には、酸化ガスが流れる流路を形成する溝部が設けられている。

特許文献１には、一方の板部材に設けられた溝部が延びる方向と、他方の板部材に設けられた溝部が延びる方向とを揃えて、双方の溝部同士を重ね合わせた隔離部材が記載されている。特許文献１の隔離部材では、一方の板部材における溝部に沿って形成された凸部が、他方の板部材における溝部に沿って形成された凹部に嵌まり合うことによって、２つの板部材同士のズレが防止される。

特開２００６−２２８５３３号公報

特許文献１における隔離部材では、相互に嵌まり合う凸部および凹部がそれぞれ溝部に沿って形成されていることから、溝部に沿った方向からの衝撃に対する強度が不十分であるため、隔離部材を構成する板部材同士にズレが生じる場合があるという課題があった。そのため、燃料電池の隔離部材において、溝部に沿った方向からの衝撃に対して板部材同士のズレを防止できる技術が望まれていた。そのほか、従来の燃料電池においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

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、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、複数の膜電極接合体と；前記複数の膜電極接合体の各々を隔離する複数の隔離部材と；を備え、前記隔離部材は、起伏を有する板状を成し、第１の方向に延びた第１の溝部が形成された第１の板部材と；起伏を有する板状を成し、前記第１の板部材に重ね合わされ、第１の方向と異なる第２の方向に延びた第２の溝部が形成された第２の板部材と；を含み、前記第１の溝部は、前記第２の溝部に接触する部分であって前記第２の溝部の形状に応じて凹んだ第１の凹部を有し；前記第２の溝部は、前記第１の溝部に接触する部分であって前記第１の溝部の形状に応じて凹んだ第２の凹部を有する。この形態によれば、第１の凹部が第２の溝部の形状に応じて凹んでいるとともに、第２の凹部が第１の溝部の形状に応じて凹んでいるため、第１の方向および第２の方向からの衝撃に対して、第１の板部材と第２の板部材との間のズレを防止できる。

本発明は、燃料電池以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池を搭載した車両、燃料電池の隔離部材、ならびに、燃料電池の製造方法などの形態で実現することができる。

燃料電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。 隔離部材を示す斜視図である。 隔離部材における板部材を示す斜視図である。 他の実施形態における隔離部材を示す説明図である。 他の実施形態における隔離部材を作製する様子を示す説明図である。 他の実施形態における隔離部材を示す説明図である。 他の実施形態における板部材を示す説明図である。 他の実施形態における板部材を示す説明図である。

図１は、燃料電池１０の構成を模式的に示す分解斜視図である。燃料電池１０は、燃料ガスと酸化ガスとを用いた電気化学反応によって発電する。本実施例では、燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池である。本実施形態では、燃料ガスは水素を含有するガスであり、酸化ガスは酸素を含有するガスである。燃料電池１０に用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであってもよい。燃料電池１０に用いられる酸化ガスは、外気から取り込んだ空気であってもよい。

燃料電池１０は、複数の膜電極接合体１００と複数の隔離部材２００とを交互に積層した構成を有する。膜電極接合体１００は、電解質膜を一対の電極層で挟んだ部材である。隔離部材２００は、膜電極接合体１００同士を隔離する部材である。

燃料電池１０の隔離部材２００は、板部材２１０ａと板部材２１０ｂとを重ね合わせて構成される。板部材２１０ａは、起伏を有する形状を成す第１の板部材である。板部材２１０ｂは、起伏を有する形状を成す第２の板部材である。

本実施形態では、板部材２１０ａは、膜電極接合体１００のアノード側に配置され、板部材２１０ｂは、膜電極接合体１００のカソード側に配置される。板部材２１０ａ，２１０ｂの材質は、電気を集電するのに十分な導電性を有すると共に、膜電極接合体１００に反応ガスを流すのに十分な耐久性、耐熱性、ガス不透過性を有する。本実施形態では、板部材２１０ａ，２１０ｂとの材質は、ステンレス鋼である。

図２は、隔離部材２００を示す斜視図である。図３は、隔離部材２００における板部材２１０ａ，２１０ｂを示す斜視図である。本実施形態では、板部材２１０ａと板部材２１０ｂとは、同じ形状である。板部材２１０ａは、溝部２２０ａを有し、溝部２２０ａには凹部２３０ａが形成されている。板部材２１０ｂは、溝部２２０ｂを有し、溝部２２０ｂには凹部２３０ｂが形成されている。

板部材２１０ａの溝部２２０ａは、第１の方向Ｄ１に延びた第１の溝部である。溝部２２０ａは、燃料ガスが流れる流路を、膜電極接合体１００との間に形成する。本実施形態では、板部材２１０ａには、複数の溝部２２０ａが等間隔に形成されている。

板部材２１０ａの凹部２３０ａは、板部材２１０ｂの溝部２２０ｂに接触する溝部２２０ａの一部であって、溝部２２０ｂの形状に応じて凹んだ第１の凹部である。本実施形態では、溝部２２０ａには、板部材２１０ｂの溝部２２０ｂに接触する各部に凹部２３０ａがそれぞれ形成されている。

板部材２１０ｂの溝部２２０ｂは、第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に延びた第２の溝部である。溝部２２０ｂは、酸化ガスが流れる流路を、膜電極接合体１００との間に形成する。本実施形態では、板部材２１０ｂには、複数の溝部２２０ｂが等間隔に形成されている。

板部材２１０ｂの凹部２３０ｂは、板部材２１０ａの溝部２２０ａに接触する溝部２２０ｂの一部であって、溝部２２０ａの形状に応じて凹んだ第２の凹部である。本実施形態では、溝部２２０ｂには、板部材２１０ａの溝部２２０ａに接触する各部に凹部２３０ａがぞれぞれ形成されている。

隔離部材２００において隣接している凹部２３０ａと凹部２３０ｂとは、相互に嵌まり合っている。本実施形態では、隔離部材２００は、凹部２３０ａが形成されていない溝部２２０ａを有する板部材２１０ａと、凹部２３０ｂが形成されていない溝部２２０ｂを有する板部材２１０ｂとを重ね合わせ、溝部２２０ａと溝部２２０ｂとが相互に凹む程度に荷重を加えることによって作製される。これによって、板部材２１０ａの溝部２２０ａには凹部２３０ａが形成され、板部材２１０ｂの溝部２２０ｂには凹部２３０ｂが形成される。このような製造方法によれば、金型を用いて凹部２３０ａ，２３０ｂを形成する必要がないため、凹部２３０ａ，２３０ｂを容易に形成できる。したがって、製造コストの低減、および、製造作業の効率向上を図ることができる。

以上説明した実施形態によれば、凹部２３０ａが溝部２２０ｂの形状に応じて凹んでいるとともに、凹部２３０ｂが溝部２２０ａの形状に応じて凹んでいるため、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２からの衝撃に対して、板部材２１０ａと板部材２１０ｂとの間のズレを防止できる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

図４は、他の実施形態における隔離部材２０１を示す説明図である。隔離部材２０１は、一方の板部材における直線状の溝部２２１ａに対して、他の板部材における蛇行状の溝部２２１ｂを重ね合わせた点を除き、上述の実施形態における隔離部材２００の構成と同様である。

図５は、他の実施形態における隔離部材２０２を作製する様子を示す説明図である。図６は、他の実施形態における隔離部材２０２を示す説明図である。隔離部材２０２は、板部材２１２ａと板部材２１２ｂとの間に樹脂フレーム３００を挟んだ点、平面状の板部材２１２ｂに対して、他の隔離部材２０２における板部材２１２ａに形成された凸状の溝部２２２ａを重ね合わせた点を除き、上述の実施形態における隔離部材２００の構成と同様である。板部材２１２ｂには、他の隔離部材２０２における板部材２１２ａの溝部２２２ａに接触する部位に、溝部２２２ａの形状に応じて凹んだ凹部２３２ｂが形成される。

図７は、他の実施形態における板部材２１３ａを示す説明図である。板部材２１３ａは、直線状の溝部２２３ａが部分的に形成されている点を除き、上述の実施形態における板部材２１０ａの構成と同様である。板部材２１３ａは、各種の溝部が形成された板部材と重なり合うことによって、板部材２１０ａと同様に隔離部材を構成する。

図８は、他の実施形態における板部材２１４ａを示す説明図である。板部材２１４ａは、ティンブル状の溝部２２４ａが形成されている点を除き、上述の実施形態における板部材２１０ａの構成と同様である。板部材２１４ａは、各種の溝部が形成された板部材と重なり合うことによって、板部材２１０ａと同様に隔離部材を構成する。

１０…燃料電池
１００…膜電極接合体
２００，２０１，２０２…隔離部材
２１０ａ，２１０ｂ…板部材
２１２ａ，２１２ｂ…板部材
２１３ａ…板部材
２１４ａ…板部材
２２０ａ，２２０ｂ…溝部
２２１ａ，２２１ｂ…溝部
２２２ａ…溝部
２２３ａ…溝部
２２４ａ…溝部
２３０ａ，２３０ｂ…凹部
２３２ｂ…凹部
３００…樹脂フレーム

Claims (1)

1. 燃料電池であって、
   複数の膜電極接合体と、
   前記複数の膜電極接合体の各々を隔離する複数の隔離部材と
   を備え、
   前記隔離部材は、
   起伏を有する板状を成し、第１の方向に延びた第１の溝部が形成された第１の板部材と、
   起伏を有する板状を成し、前記第１の板部材に重ね合わされ、前記第１の方向と異なる第２の方向に延びた第２の溝部が形成された第２の板部材と
   を含み、
   前記第１の溝部は、前記第２の溝部に接触する部分であって前記第２の溝部の形状に応じて凹んだ第１の凹部を有し、
   前記第２の溝部は、前記第１の溝部に接触する部分であって前記第１の溝部の形状に応じて凹んだ第２の凹部を有する、燃料電池。

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