JP2015198068A - fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が配設される電解質膜・電極構造体を有し、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回して樹脂枠部材が設けられる枠付き電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関する。 The present invention has an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are respectively disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and has a frame in which a resin frame member is provided around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure and a separator are stacked.
一般的に、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を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層され、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one side of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. . The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators (bipolar plates) to constitute a fuel cell. A predetermined number of the fuel cells are stacked, for example, mounted on a fuel cell electric vehicle as an in-vehicle fuel cell stack.
燃料電池では、電解質膜・電極構造体が、その中心点を通る積層方向の軸に対して回転対称に構成されない場合がある。従って、燃料電池内で電解質膜・電極構造体を、誤って正規の姿勢から180度回転させて、すなわち、逆向きに組み付けると、反応ガスの流通性やシール性に問題が発生するおそれがある。 In the fuel cell, the electrolyte membrane / electrode structure may not be configured to be rotationally symmetric with respect to the axis in the stacking direction passing through the center point. Therefore, if the electrolyte membrane / electrode structure is erroneously rotated 180 degrees from the normal position in the fuel cell, that is, assembled in the opposite direction, there may be a problem in the flowability and sealing performance of the reaction gas. .
そこで、この不具合を回避するために、例えば、特許文献1に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この燃料電池では、セパレータは、互いに対向する一方の2辺に沿ってそれぞれ複数の反応ガス連通孔が積層方向に貫通して設けられている。そして、一方の電極(例えば、他方の電極よりも小さな平面寸法を有する電極)を構成するガス拡散層には、2辺のいずれか1辺に対応する辺に、複数の反応ガス連通孔の間に位置して少なくとも1つの切り欠き部が設けられている。 In order to avoid this problem, for example, a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell, the separator is provided with a plurality of reaction gas communication holes penetrating in the laminating direction along two opposite sides. In the gas diffusion layer constituting one electrode (for example, an electrode having a smaller planar dimension than the other electrode), a plurality of reaction gas communication holes are formed on the side corresponding to any one of the two sides. At least one notch is provided at the position.
このため、切り欠き部を基準にするだけで、電解質膜・電極構造体の組み付け姿勢が確実且つ容易に判別され、前記電解質膜・電極構造体は、上下が反対の姿勢で燃料電池に組み付けられることがない。従って、簡単且つコンパクトな構成で、電解質膜・電極構造体の誤組み立てを確実に阻止することが可能になり、燃料電池スタックの組み立て作業性が良好に向上する、としている。 For this reason, the assembly posture of the electrolyte membrane / electrode structure can be reliably and easily determined only by using the notch as a reference, and the electrolyte membrane / electrode structure is assembled to the fuel cell in an upside down posture. There is nothing. Therefore, with a simple and compact configuration, it is possible to reliably prevent misassembly of the electrolyte membrane / electrode structure, and the assembly workability of the fuel cell stack is improved satisfactorily.
本発明は、この種の誤組み立て防止構造に関連してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、枠付き電解質膜・電極構造体とセパレータとを正確且つ確実に位置決め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 has been made in connection with this type of misassembly prevention structure, and it is possible to accurately and reliably position the framed electrolyte membrane / electrode structure and the separator with a simple and economical configuration. An object of the present invention is to provide a simple fuel cell.
本発明に係る燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が配設される電解質膜・電極構造体を有し、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回して樹脂枠部材が設けられる枠付き電解質膜・電極構造体を備えている。枠付き電解質膜・電極構造体は、セパレータと積層されている。 The fuel cell according to the present invention has an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are respectively disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a resin frame member circulates around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure. A framed electrolyte membrane / electrode structure is provided. The framed electrolyte membrane / electrode structure is laminated with a separator.
そして、燃料電池では、枠付き電解質膜・電極構造体は、長方形状を有するとともに、樹脂枠部材の一方の短辺の外周には、厚さ方向に貫通して切り欠き部が形成されている。 In the fuel cell, the framed electrolyte membrane / electrode structure has a rectangular shape, and a notch is formed in the outer periphery of one short side of the resin frame member in the thickness direction. .
また、この燃料電池では、一方の短辺には、互いに傾斜する第1傾斜部及び第2傾斜部が設けられることが好ましい。その際、第1傾斜部の第2傾斜部側の端部には、樹脂枠部材の内側に向かって直線的に延在する壁面が形成され、前記壁面は、切り欠き部の一方の側面を構成することが好ましい。 In this fuel cell, it is preferable that one short side is provided with a first inclined portion and a second inclined portion that are inclined with respect to each other. At that time, a wall surface extending linearly toward the inner side of the resin frame member is formed at the end portion of the first inclined portion on the second inclined portion side, and the wall surface defines one side surface of the notch portion. It is preferable to configure.
さらに、この燃料電池では、切り欠き部の閉塞側端部は、円弧状に湾曲する壁面により構成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the closed end portion of the notch portion is constituted by a wall surface curved in an arc shape.
さらにまた、この燃料電池では、セパレータには、切り欠き部に配置される突起部がセパレータ面から厚さ方向に突出して設けられることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the separator is provided with a protruding portion disposed in the cutout portion so as to protrude in the thickness direction from the separator surface.
本発明によれば、樹脂枠部材の一方の短辺に設けられる切り欠き部は、厚さ方向に貫通しており、前記切り欠き部を用いることによって枠付き電解質膜・電極構造体の誤組み立てを防止することができる。例えば、切り欠き部に配置される突起部が設けられると、枠付き電解質膜・電極構造体が誤った姿勢である際、樹脂枠部材の他方の短辺が前記突起部に当接し、組み立て作業を行うことができない。 According to the present invention, the notch provided in one short side of the resin frame member penetrates in the thickness direction, and the framed electrolyte membrane / electrode structure is misassembled by using the notch. Can be prevented. For example, when a protrusion disposed at the notch is provided, when the framed electrolyte membrane / electrode structure is in an incorrect posture, the other short side of the resin frame member abuts on the protrusion, and assembly work is performed. Can not do.
しかも、切り欠き部は、樹脂枠部材の成形時に一体に設けることが可能になる。このため、新たに切り欠き工程を設ける必要がなく、製造工程数が増加することを抑制することができる。 Moreover, the notch can be provided integrally when the resin frame member is molded. For this reason, it is not necessary to newly provide a notch process, and it can suppress that the number of manufacturing processes increases.
これにより、簡単且つ経済的な構成で、枠付き電解質膜・電極構造体とセパレータとを正確且つ確実に位置決めすることが可能になり、燃料電池の製造作業が効率的に遂行される。 Accordingly, it becomes possible to accurately and reliably position the framed electrolyte membrane / electrode structure and the separator with a simple and economical configuration, and the manufacturing operation of the fuel cell is efficiently performed.
図1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、複数の発電ユニット12を矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に積層して構成される。燃料電池10は、例えば、車載用燃料電池スタックを構成し、図示しない燃料電池車両(燃料電池電気自動車)に搭載される。
As shown in FIG. 1, the
図1及び図2に示すように、発電ユニット12は、枠付き電解質膜・電極構造体(枠付きMEA)14をカソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18で挟持する。カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18は、横長(又は縦長)の長方形状を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18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薄板状金属プレートにより構成される。金属プレートは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18は、カーボンセパレータにより構成してもよい。
The cathode-
図1に示すように、カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔22a及び燃料ガス出口連通孔24bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔22aは、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔24bは、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
As shown in FIG. 1, an oxidant gas
カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18の長辺方向(矢印B方向)の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガス出口連通孔22bが設けられる。燃料ガス入口連通孔24aは、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する一方、酸化剤ガス出口連通孔22bは、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出する。
A fuel gas
発電ユニット12の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔22a側に近接し、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一対の冷却媒体入口連通孔26aが設けられる。発電ユニット12の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔24a側に近接し、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔26bが設けられる。
A pair of cooling media for supplying a cooling medium in close proximity to the oxidant gas
発電ユニット12の長辺方向の一端縁部及び他端縁部には、それぞれ矢印C方向の略中央にノック用孔部27a、27bが形成される。ノック用孔部27a、27bには、それぞれ図示しない樹脂製のノックピンが挿入されることにより、発電ユニット12内でカソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18間の位置決めを行う。
カソード側セパレータ16の枠付き電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔22aと酸化剤ガス出口連通孔22bとに連通する酸化剤ガス流路28が形成される。酸化剤ガス流路28は、矢印B方向に延在する複数の直線状流路溝部(波状流路溝部でもよい)を有する。
An oxidant
酸化剤ガス流路28の入口近傍と出口近傍とには、発電領域の外方に位置して、入口バッファ部30aと出口バッファ部30bとが設けられる。入口バッファ部30a及び出口バッファ部30bは、それぞれ複数のエンボス(又はライン状流路溝)を有する。入口バッファ部30aと酸化剤ガス入口連通孔22aとの間には、複数本の入口連結溝32aが形成される。出口バッファ部30bと酸化剤ガス出口連通孔22bとの間には、複数本の出口連結溝32bが形成される。
An
カソード側セパレータ16の面16bには、一対の冷却媒体入口連通孔26aと一対の冷却媒体出口連通孔26bとを連通する冷却媒体流路34の一部が形成される。冷却媒体流路34は、酸化剤ガス流路28の裏面形状と後述する燃料ガス流路36の裏面形状とが重なり合って形成される。
A part of the cooling
図1に示すように、アノード側セパレータ18の枠付き電解質膜・電極構造体14に向かう面18aには、燃料ガス入口連通孔24aと燃料ガス出口連通孔24bとを連通する燃料ガス流路36が形成される。燃料ガス流路36は、矢印B方向に延在する複数の直線状流路溝部(波状流路溝部でもよい)を有する。
As shown in FIG. 1, a fuel
燃料ガス流路36の入口近傍と出口近傍とには、発電領域の外方に位置して、入口バッファ部38aと出口バッファ部38bとが設けられる。入口バッファ部38a及び出口バッファ部38bは、それぞれ複数のエンボス(又はライン状流路溝)を有する。
An
入口バッファ部38aと燃料ガス入口連通孔24aとの間には、複数本の供給連結路40aが形成される。出口バッファ部38bと燃料ガス出口連通孔24bとの間には、複数本の排出連結路40bが形成される。複数の供給連結路40aは、蓋部材42aにより覆われる一方、複数の排出連結路40bは、蓋部材42bにより覆われる。
A plurality of
図1及び図2に示すように、カソード側セパレータ16の面16a、16bには、このカソード側セパレータ16の外周端縁部を周回して第1シール部材44が一体成形される。アノード側セパレータ18の面18a、18bには、このアノード側セパレータ18の外周端縁部を周回して第2シール部材46が一体成形される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1シール部材44及び第2シール部材46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等の弾性を有するシール材が用いられる。
As the
第1シール部材44は、カソード側セパレータ16の面方向に沿って均一な厚さを有する平面シール部(シールベース)44fを有する。第1シール部材44の平面シール部44fには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールする凸状シール部44aが一体に膨出形成される。
The
第2シール部材46は、アノード側セパレータ18の面方向に沿って均一な厚さを有する平面シール部(シールベース)46fを有する。第2シール部材46の平面シール部46fには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールする凸状シール部46aが一体に膨出形成される。
The
図1〜図3に示すように、枠付き電解質膜・電極構造体14は、電解質膜・電極構造体(MEA)48と、前記電解質膜・電極構造体48の外周を周回して設けられる樹脂枠部材50とを備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the framed electrolyte membrane /
図2に示すように、電解質膜・電極構造体48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(陽イオン交換膜)52を備える。固体高分子電解質膜52は、カソード電極54及びアノード電極56により挟持される。
As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane /
カソード電極54は、アノード電極56及び固体高分子電解質膜52の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差型MEAを構成している。なお、カソード電極54、アノード電極56及び固体高分子電解質膜52は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極56は、カソード電極54及び固体高分子電解質膜52の平面寸法よりも小さな平面寸法を有してもよい。
The
カソード電極54及びアノード電極56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、例えば、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。
The
図1〜図3に示すように、電解質膜・電極構造体48は、カソード電極54の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜52の外周縁部に樹脂枠部材50が一体化される。樹脂枠部材50を構成する樹脂材としては、例えば、電気的絶縁性を有する汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。樹脂枠部材50は、例えば、フィルム等により構成してもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the electrolyte membrane /
樹脂枠部材50の外形形状は、酸化剤ガス入口連通孔22a、燃料ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔26a、酸化剤ガス出口連通孔22b、燃料ガス出口連通孔24b及び冷却媒体出口連通孔26bの内側に配置される寸法に設定される。
The outer shape of the
図3に示すように、樹脂枠部材50の一方の短辺50aには、互いに近接する方向(短辺中央側)に向かって外側に傾斜する第1傾斜部58a及び第2傾斜部58bが設けられる。第1傾斜部58aは、酸化剤ガス入口連通孔22aの傾斜形状に沿って傾斜するとともに、第2傾斜部58bは、燃料ガス出口連通孔24bの傾斜形状に沿って傾斜する。樹脂枠部材50の他方の短辺50bには、酸化剤ガス出口連通孔22bの傾斜形状に沿って傾斜する第1傾斜部60aと、燃料ガス入口連通孔24aの傾斜形状に沿って傾斜する第2傾斜部60bとが設けられる。
As shown in FIG. 3, one
樹脂枠部材50の一方の短辺50aの外周には、酸化剤ガス入口連通孔22aと燃料ガス出口連通孔24bとの間に位置し、厚さ方向に貫通して切り欠き部62が形成される。第1傾斜部58aの第2傾斜部58b側の端部には、樹脂枠部材50の内側に向かって直線的に延在する壁面58asが形成される。壁面58asは、切り欠き部62の一方の側面を構成する。切り欠き部62の閉塞側端部62eは、円弧状に湾曲する壁面により構成される。第2傾斜部58bの第1傾斜部58a側の側面(他方の側面)の端部は、平坦部58bfに連なる。なお、樹脂枠部材50の短辺50bの外周には、切り欠き部が設けられていない。樹脂枠部材50は、切り欠き部62を除いて点対称の形状を有する。
On the outer periphery of one
図1及び図2に示すように、樹脂枠部材50とカソード側セパレータ16とは、複数個の溶着部位64により互いに固定される。溶着部位64は、電気ヒータの他、レーザ加熱装置等の種々の加熱装置でスポット的に形成することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このように構成される発電ユニット12を製造する作業について、以下に説明する。
An operation for manufacturing the
図4に示すように、枠付き電解質膜・電極構造体14とカソード側セパレータ16とを溶着するために治具70が用意される。治具70の載置面70aには、枠付き電解質膜・電極構造体14の外形形状に沿って凹部72が形成される。凹部72の深さは、枠付き電解質膜・電極構造体14の厚さと略同一に設定される。凹部72を形成する壁面72wには、樹脂枠部材50の切り欠き部62に進入して配置される凸部72wtが、一体に又は別部材として設けられる。載置面70aには、凹部72を周回してカソード側セパレータ16を位置決め配置するための位置決め部74が、所望の位置に且つ所望の個数だけ設けられる。第1の実施形態では、カソード側セパレータ16の四隅に対応する位置に、それぞれ2個ずつ設けられる。
As shown in FIG. 4, a
そこで、治具70の凹部72に枠付き電解質膜・電極構造体14が収容された後、前記枠付き電解質膜・電極構造体14に重ねてカソード側セパレータ16が載置面70aに載置される。
Therefore, after the electrolyte membrane /
カソード側セパレータ16は、位置決め部74を介して位置決めされるため、前記カソード側セパレータ16と枠付き電解質膜・電極構造体14とが互いに位置決めされる。この状態で、樹脂枠部材50の所望の部位が加熱溶融され、前記樹脂枠部材50とカソード側セパレータ16とは、溶着部位64により一体化される。
Since the
枠付き電解質膜・電極構造体14とカソード側セパレータ16とが一体化された後、前記枠付き電解質膜・電極構造体14には、前記カソード側セパレータ16とは反対側にアノード側セパレータ18が配置される。カソード側セパレータ16とアノード側セパレータ18とは、ノック用孔部27a、27bに挿入されるノックピン(図示せず)を用いて相対的に位置決めされる。これらは、必要により固定されて発電ユニット12が製造される。
After the framed electrolyte membrane /
この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、樹脂枠部材50の一方の短辺50aの外周には、厚さ方向に貫通して切り欠き部62が形成されている。そして、治具70には、樹脂枠部材50の外形形状に沿って凹部72が形成されるとともに、凹部72を形成する壁面72wには、切り欠き部62に進入して配置される凸部72wtが設けられている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, a
このため、図5に示すように、枠付き電解質膜・電極構造体14が、治具70の凹部72に対して、正規の姿勢から180度回転されて逆向きに配置されると、他方の短辺50bが、凸部72wtに当接する。従って、枠付き電解質膜・電極構造体14は、凹部72に収容されることがなく、前記枠付き電解質膜・電極構造体14とカソード側セパレータ16との組み立て作業を行うことができない。これにより、枠付き電解質膜・電極構造体14が誤った姿勢であることを検知することができる。
For this reason, as shown in FIG. 5, when the framed electrolyte membrane /
また、枠付き電解質膜・電極構造体14は、樹脂枠部材50の一方の短辺50aのみに切り欠き部62を設けている。このため、発電ユニット12の組み立て時に、切り欠き部62を視認することにより、又は、触ることにより、枠付き電解質膜・電極構造体14の姿勢を容易且つ確実に検知することが可能になる。
The framed electrolyte membrane /
しかも、切り欠き部62は、樹脂枠部材50の成形時に一体に設けることができる。従って、樹脂枠部材50に対して新たに切り欠き工程を設ける必要がなく、枠付き電解質膜・電極構造体14の製造工程数が増加することを抑制することが可能になるという効果が得られる。
Moreover, the
さらにまた、切り欠き部62の一方の側面は、第1傾斜部58aの第2傾斜部58b側の端部に、樹脂枠部材50の内方に向かって直線的に延在する壁面58asにより構成されている。これにより、切り欠き部62の樹脂成形性が良好に向上し、前記切り欠き部62を容易に一体成形することができる。
Furthermore, one side surface of the
また、切り欠き部62の閉塞側端部62eは、円弧状に湾曲する壁面により構成されている。このため、切り欠き部62の樹脂成形性が良好に向上し、前記切り欠き部62を確実に成形することが可能になる。
Further, the closing
従って、簡単且つ経済的な構成で、枠付き電解質膜・電極構造体14とカソード側セパレータ16とを正確且つ確実に位置決めすることができ、誤組み立てを可及的に抑制することが可能になる。このため、燃料電池10の製造作業が効率的に遂行される。
Therefore, the framed electrolyte membrane /
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22a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24aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔26a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
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔22aからカソード側セパレータ16の酸化剤ガス流路28に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路28に沿って矢印B方向(水平方向)に移動し、電解質膜・電極構造体48のカソード電極54に供給される。
The oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔24aからアノード側セパレータ18の燃料ガス流路36に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路36に沿って水平方向(矢印B方向)に移動し、電解質膜・電極構造体48のアノード電極56に供給される。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the
従って、電解質膜・電極構造体48では、カソード電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード電極56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 electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体48のカソード電極54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22bに沿って矢印A方向に排出される。電解質膜・電極構造体48のアノード電極56に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔24bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied and consumed to the
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔26aに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット12を構成するカソード側セパレータ16と、他方の発電ユニット12を構成するアノード側セパレータ18との間に形成された冷却媒体流路34に導入される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the pair of upper and lower cooling medium inlet communication holes 26 a is formed between the
各冷却媒体入口連通孔26aから冷却媒体流路34に供給される冷却媒体は、一旦矢印C方向(重力方向)内方に沿って流動した後、矢印B方向(水平方向)に移動して電解質膜・電極構造体48を冷却する。この冷却媒体は、矢印C方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔26bに排出される。
The cooling medium supplied to the cooling
図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池80は、発電ユニット82を備える。複数の発電ユニット82は、水平方向(矢印A方向)又は鉛直方向(矢印C方向)に沿って互いに積層され、例えば、燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。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。
As shown in FIG. 6, the
発電ユニット82は、カソード側セパレータ16、枠付き電解質膜・電極構造体14及びアノード側セパレータ84を積層する。アノード側セパレータ84には、切り欠き部62に配置される突起部86がセパレータ面から厚さ方向に突出して設けられる。突起部86は、第2シール部材46に一体成形されるが、別体で成形してアノード側セパレータ84に接合してもよい。なお、突起部86は、アノード側セパレータ84を構成する金属プレート自体をプレス成形して設けることも可能である。
The
このように構成される第2の実施形態では、樹脂枠部材50に設けられる切り欠き部62に、アノード側セパレータ84に設けられる突起部86が配置される。これにより、枠付き電解質膜・電極構造体14とアノード側セパレータ84とは、互いに所望の姿勢で位置決めされている。
In the second embodiment configured as described above, the
一方、枠付き電解質膜・電極構造体14が、所望の姿勢から180度回転した姿勢でアノード側セパレータ84に重ね合わされると、前記アノード側セパレータ84の突起部86は、樹脂枠部材50の他方の短辺50bに当接する。このため、枠付き電解質膜・電極構造体14とアノード側セパレータ84との組み立て作業を行うことができない。
On the other hand, when the framed electrolyte membrane /
従って、樹脂枠部材50に対して新たに切り欠き工程を設ける必要がなく、枠付き電解質膜・電極構造体14の製造工程数が増加することを抑制することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Therefore, it is not necessary to provide a new notch process for the
なお、第1及び第2の実施形態では、一対のセパレータ間に枠付きMEAを挟持して構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1のセパレータ、第1の枠付きMEA、第2のセパレータ、第2の枠付きMEA及び第3のセパレータが積層された発電ユニットを用いてもよい。この発電ユニットでは、内部に冷却媒体流路が設けられておらず、互いに隣接する発電ユニット間に前記冷却媒体流路が設けられている(所謂、間引き冷却構造)。 In the first and second embodiments, the MEA with a frame is sandwiched between a pair of separators, but the present invention is not limited to this. For example, a power generation unit in which a first separator, a first framed MEA, a second separator, a second framed MEA, and a third separator may be used. In this power generation unit, no cooling medium flow path is provided inside, and the cooling medium flow path is provided between power generation units adjacent to each other (so-called thinning cooling structure).
10、80…燃料電池 12、82…発電ユニット
14…枠付き電解質膜・電極構造体 16…カソード側セパレータ
18、84…アノード側セパレータ 22a…酸化剤ガス入口連通孔
22b…酸化剤ガス出口連通孔 24a…燃料ガス入口連通孔
24b…燃料ガス出口連通孔 26a…冷却媒体入口連通孔
26b…冷却媒体出口連通孔 28…酸化剤ガス流路
34…冷却媒体流路 36…燃料ガス流路
44、46…シール部材 48…電解質膜・電極構造体
50…樹脂枠部材 50a、50b…短辺
52…固体高分子電解質膜 54…カソード電極
56…アノード電極
58a、58b、60a、60b…傾斜部
58as…壁面 62…切り欠き部
62e…閉塞側端部 64…溶着部位
70…治具 72…凹部
72wt…凸部 74…位置決め部
86…突起部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記枠付き電解質膜・電極構造体は、長方形状を有するとともに、
前記樹脂枠部材の一方の短辺の外周には、厚さ方向に貫通して切り欠き部が形成されることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte membrane / electrode with a frame having an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are respectively disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and a resin frame member is provided around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure A fuel cell in which a structure and a separator are stacked,
The framed electrolyte membrane / electrode structure has a rectangular shape,
The fuel cell according to claim 1, wherein a cutout portion is formed in an outer periphery of one short side of the resin frame member so as to penetrate in a thickness direction.
前記第1傾斜部の前記第2傾斜部側の端部には、前記樹脂枠部材の内側に向かって直線的に延在する壁面が形成され、前記壁面は、前記切り欠き部の一方の側面を構成することを特徴とする燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein a first inclined portion and a second inclined portion that are inclined with respect to each other are provided on the one short side,
A wall surface extending linearly toward the inside of the resin frame member is formed at an end of the first inclined portion on the second inclined portion side, and the wall surface is one side surface of the notch portion. A fuel cell comprising:
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