JP2019160647A - 燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック Download PDF

Info

Publication number
JP2019160647A
JP2019160647A JP2018047143A JP2018047143A JP2019160647A JP 2019160647 A JP2019160647 A JP 2019160647A JP 2018047143 A JP2018047143 A JP 2018047143A JP 2018047143 A JP2018047143 A JP 2018047143A JP 2019160647 A JP2019160647 A JP 2019160647A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
gasket
single cell
insulating member
separators
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018047143A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6874723B2 (ja
Inventor
隆 梶原
Takashi Kajiwara
隆 梶原
晴之 青野
Haruyuki Aono
晴之 青野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2018047143A priority Critical patent/JP6874723B2/ja
Priority to US16/251,860 priority patent/US10930963B2/en
Priority to DE102019103024.2A priority patent/DE102019103024A1/de
Priority to CN201910149078.2A priority patent/CN110277580B/zh
Publication of JP2019160647A publication Critical patent/JP2019160647A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6874723B2 publication Critical patent/JP6874723B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H01M8/1006Corrugated, curved or wave-shaped MEA
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432Grouping of unit cells of planar configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下を抑制した燃料電池スタックを提供する。【解決手段】第1及び第2セパレータ33a,cの他方に向けて突出して当接し前記ガスケット52に交差する方向に互いに離れた第1及び第2凸部36a1,a2と、前記第1及び第2凸部に対して前記ガスケットが延びた方向に隣接し前記第1及び第2セパレータの前記他方から離れるように前記第1及び第2凸部よりも凹んでおり前記ガスケットに交差するように延びた凹部37a,38aと、を有し、前記連通部の少なくとも一部は、前記第1及び第2凸部と前記凹部と前記第1及び第2セパレータの前記他方とにより画定され、前記第1セパレータは、前記第1及び第2凸部の間で前記第2セパレータから離れており前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材40に当接して支持する支持部を有している、燃料電池スタック。【選択図】図5

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。
複数の単セルが積層された燃料電池スタックでは、発電反応に供される反応ガスや冷却用の冷媒が供給される。単セルには、反応ガスや冷媒がそれぞれ流れる孔が積層方向に貫通して形成されている。また、各単セルのセパレータには、膜電極接合体に対向した領域に流路部と、上記の孔と流路部との間には両者を連通する連通部とが形成されている。また、積層された単セルの間には、このような孔を包囲したガスケットが設けられている。ガスケットは、単セルの積層方向で圧縮され、圧縮されたガスケットの反力によりシール性が確保される。
ここで、上述したセパレータに形成された連通部は、孔を包囲したガスケットの一部を交差するように延びており、このガスケットの一部が延びた方向で凸部と凹部とが並んだ凹凸状に形成されている。このように凹凸状の連通部がガスケットの一部に交差するため、連通部ではガスケットの反力を十分に受けることができずに、ガスケットを十分に圧縮することができずにシール性が低下する可能性がある。例えば特許文献1では、このようなガスケットの反力を受けるための専用の部材が、セパレータとは別に設けられている。
特開2006−196426号公報
しかしながら、このようなガスケットの反力を受けるための専用の部材を設けると、部品点数が増大し、製造コストが増大する場合がある。
そこで本発明は、部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下を抑制した燃料電池スタックを提供することを目的とする。
上記目的は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックであって、前記単セルは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周縁で接合された枠状の絶縁部材と、前記膜電極接合体及び絶縁部材に対向した第1セパレータと、前記第1セパレータに前記膜電極接合体及び絶縁部材とは反対側で対向した第2セパレータと、前記絶縁部材に接合され前記第1セパレータとは反対側に突出したガスケットと、を備え、前記絶縁部材と前記第1及び第2セパレータとは、前記膜電極接合体の外側に位置して当該絶縁部材と当該第1及び第2セパレータとを貫通して反応ガス又は冷媒の何れかの流体が流れる貫通した孔を有し、前記ガスケットは、前記絶縁部材の前記孔周りに延びており、前記第1及び第2セパレータの少なくとも一方には、前記膜電極接合体に対向する領域に流路部が形成されており、前記第1及び第2セパレータは、前記孔と前記流路部とを連通し前記ガスケットの一部に交差するように延びた連通部を画定し、前記第1及び第2セパレータの一方は、前記第1及び第2セパレータの他方に向けて突出して当接し前記ガスケットに交差する方向に互いに離れた第1及び第2凸部と、前記第1及び第2凸部に対して前記ガスケットが延びた方向に隣接し前記第1及び第2セパレータの前記他方から離れるように前記第1及び第2凸部よりも凹んでおり前記ガスケットに交差するように延びた凹部と、を有し、前記連通部の少なくとも一部は、前記第1及び第2凸部と前記凹部と前記第1及び第2セパレータの前記他方とにより画定され、前記第1セパレータは、前記第1及び第2凸部の間で前記第2セパレータから離れており前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持する支持部を有している、燃料電池スタックによって達成できる。
連通部の少なくとも一部を画定する第1及び第2凸部の間で、第1セパレータの支持部がガスケットの背面側で絶縁部材に当接して支持する。これにより、第1セパレータの支持部がガスケットの反力を受けることができ、部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下も抑制される。
前記支持部と前記第2セパレータとの間の空間は、前記連通部に連通していてもよい。
前記第1及び第2セパレータの前記一方は、前記第1セパレータであり、前記第1及び第2セパレータの前記他方は、前記第2セパレータであり、前記凹部は、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持してもよい。
複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、前記第2単セルは、前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で前記第1単セルの前記第2セパレータに対向し、前記第1単セルの前記第2セパレータは、前記第2単セルの前記ガスケットを押圧する押圧部を有し、前記押圧部は、前記第1単セルの前記第1セパレータに向けて突出して前記第1単セルの前記第1及び第2凸部に当接して支持してもよい。
前記第1及び第2セパレータの前記一方は、前記第2セパレータであり、前記第1及び第2セパレータの前記他方は、前記第1セパレータであり、複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、前記第2単セルは、前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で前記第1単セルの前記第2セパレータに対向し、前記第1単セルの前記第2セパレータは、前記第2単セルの前記ガスケットを押圧する押圧部を有し、前記押圧部は、前記第1単セルの前記第1セパレータから離れるように前記第1単セルの前記第1及び第2凸部よりも凹んでいてもよい。
前記流体は、前記冷媒であり、前記流路部は、前記第1及び第2セパレータの間で画定されてもよい。
前記流体は、前記反応ガスであり、複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、前記第1単セルの前記流路部は、前記第1単セルの前記第2セパレータと、前記第1単セルの前記第2セパレータに前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で隣接する前記第2単セルの前記絶縁部材及び膜電極接合体との間で画定されてもよい。
前記第1セパレータの、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材から離間した部分の、前記ガスケットが延びた方向での長さは、1mm未満であってもよい。
前記第1セパレータは、前記ガスケットの全域に亘って、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持していてもよい。
部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下を抑制した燃料電池スタックを提供できる。
図1は、燃料電池スタックの単セルの分解斜視図である。 図2は、セパレータの孔周辺の拡大斜視図である。 図3は、セパレータの孔周辺の拡大斜視図である。 図4は、セパレータの孔周辺を−Z方向から見た拡大図である。 図5A及び図5Bは、それぞれ図4のA−A線及びB−B線に対応する、冷媒が流れる連通部周辺を示したスタックの断面図である。 図6A及び図6Bは、カソードガスが流れる連通部周辺のスタックの断面図である。 図7は、変形例のスタックの単セルのセパレータの孔周辺を−Z方向から見た拡大図である。 図8A及び図8Bは、それぞれ図7のC−C線及びD−D線に対応するスタックの断面図である。 図9A〜図9Cは、変形例のセパレータの孔近傍に形成された凸部の拡大図である。 図10A〜図10Cは、変形例のセパレータの孔近傍に形成された凸部の拡大図である。
図1は、燃料電池スタック(以下、スタックと称する)1の単セル60の分解斜視図である。スタック1は、単セル60が複数積層されることで構成される。図1では、一つの単セル60のみを示し、その他の単セルについては省略してある。単セル60は、図1に示したZ方向で他の単セルと共に積層される。単セル60は略矩形状であり、単セル60の長手方向及び短手方向がそれぞれ図1に示したY方向及びX方向に相当する。
単セル60は、反応ガスとしてアノードガス(例えば水素)とカソードガス(例えば酸素)の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル60は、膜電極ガス拡散層接合体(以下、MEGA(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)と称する)20と、絶縁部材40と、アノードセパレータ(以下、セパレータと称する)33aと、カソードセパレータ(以下、セパレータと称する)33cとを含む。絶縁部材40はMEGA20を保持している。上述したように複数の単セル60が積層されるため、図1に示したMEGA20及び絶縁部材40の+Z方向側には、単セル60に+Z方向側に隣接する不図示の他の単セルのカソードセパレータが対向する。また、図1に示したセパレータ33cの−Z方向側では、単セル60の−Z方向側に隣接する不図示の他の単セルの枠部材及びMEGAに対向する。
MEGA20は、アノードガス拡散層22a及びカソードガス拡散層22c(以下、拡散層と称する)を有している。絶縁部材40は、樹脂製であって絶縁性を有し、略枠状に形成されている。絶縁部材40の内周縁側にMEGA20が接合されている。絶縁部材40の2つの短辺の一方側には孔s1〜s3が形成され、他方側には孔s4〜s6が形成されている。同様に、セパレータ33aの2つの短辺の一方側には孔a1〜a3が形成され、他方側には孔a4〜a6が形成されている。セパレータ33cの2つの短辺の一方側には孔c1〜c3が形成され、他方側には孔c4〜c6が形成されている。孔s1、a1、及びc1は連通してアノード出口マニホールドを画定する。同様に、孔s2、a2、及びc2は、冷媒入口マニホールドを、孔s3、a3、及びc3はカソード入口マニホールドを、孔s4、a4、及びc4はカソード出口マニホールドを、孔s5、a5、及びc5は冷媒出口マニホールドを、孔s6、a6、及びc6はアノード入口マニホールドを画定する。冷媒としては、液体の冷却水が用いられている。これらの孔は、XY平面方向でMEGA20の外側に形成されている。
MEGA20に対向するセパレータ33aの面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通してアノードガスが流れるアノード流路部34aが形成されている。セパレータ33aのアノード流路部34aとは反対側の面、及びセパレータ33aに対向するセパレータ33cの面には、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒流路部35a及び35cがそれぞれ形成されている。セパレータ33cの冷媒流路部35cとは反対側の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通してカソードガスが流れるカソード流路部34cが形成されている。アノード流路部34a及び冷媒流路部35aは、セパレータ33aの長手方向であるY方向に延びている。カソード流路部34c及び冷媒流路部35cも同様に、セパレータ33cの長手方向であるY方向に延びている。これらの流路部は、各セパレータのMEGA20に対向する領域に設けられている。尚、セパレータ33a及び33cは、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材である。
絶縁部材40は、+Z方向を向いた面41と、面41に反対側であってセパレータ33aに対向している面42とを有している。絶縁部材40の面41上には、ガスケット51〜55が接合されている。ガスケット51〜55は、絶縁部材40の面41から+Z方向に突出している。ガスケット51〜55の各厚みは、絶縁部材40よりも厚い。ガスケット51〜55は、弾性を有したゴム製である。ガスケット51は、絶縁部材40の外周縁に沿って延び、MEGA20及び孔s1〜s6を包囲した略矩形枠状である。ガスケット52〜55のそれぞれは、ガスケット51よりも小さい略矩形状である。ガスケット52〜55は、それぞれ孔s2〜s5周りに延びて孔s2〜s5を包囲している。ガスケット51〜55は、絶縁部材40上に別体に形成されて接合されているが、これに限定されず、絶縁部材40とガスケット51〜55の少なくとも一つとが、同一又は異なる材料により一体形成されていてもよい。尚、図1では、絶縁部材40とセパレータ33a及び33cとを分解して示しているが、絶縁部材40はセパレータ33aに接合されセパレータ33a及び33cは互いに接合された状態での単セル60が複数積層されて、スタック1を構成する。
図2は、セパレータ33aの孔a1〜a3周辺の拡大斜視図である。セパレータ33aの孔a2及びa3のそれぞれの周辺には、複数の凸部36a1、複数の凸部36a2、凸部36a3、凸部36a4、複数の凹部37a、複数の凹部38a、及び凹部38a1が形成されている。図2では、1つの凸部36a1、1つの凸部36a2、1つの凹部37a、1つの凹部38aについて符号を付している。凸部36a1〜36a4は、凹部37a、38a、及び38a1よりも、単セル60のセパレータ33c側、即ち−Z方向に突出している。換言すれば、凹部37a、38a、及び38a1は、凸部36a1〜36a4よりも−Z方向に凹んでいる。凸部36a1〜36a4は、同一のXY平面上に位置している。凹部37a、38a、及び38a1は、凸部36a1〜36a4が位置するXY平面から+Z方向に離れた同一のXY平面上に位置している。尚、孔a3の周辺には、凸部36a1〜36a4よりも外側に凸部39a1が形成されている。凸部39a1は、孔a3を包囲するように形成されている。凸部39a1は、凸部36a1〜36a4と同一のXY平面上に位置している。
図3は、セパレータ33cのc1〜c3周辺の拡大斜視図である。セパレータ33cの孔c2及びc3のそれぞれの周辺には、凸部36cが形成されている。凸部36cはその周辺よりも、セパレータ33cを備えた単セル60のセパレータ33a側、即ち+Z方向に突出している。凸部36cは、矩形状の孔c2の4辺に沿って形成されている。孔c2の周辺と同様に、孔c3の周辺にも凸部36cが形成されている。尚、孔c3と冷媒流路部35cとの間には、凸部39c、連通孔39h、及び凸部39c1が形成されている。詳しくは後述する。
図4は、セパレータ33aの孔a2の周辺を−Z方向から見た拡大図である。凸部36a1及び36a2のそれぞれは、X方向を長手方向とする略矩形状であるがこれに限定されない。凸部36a1及び36a2は、形状及び大きさが略同じであるがこれに限定されない。凸部36a1及び36a2の各辺の長さは、例えば0.6mm〜1.3mmである。複数の凸部36a1は、略矩形状の孔a2の内周縁のアノード流路部34a側の辺a21に沿って並んでいる。複数の凸部36a2は、複数の凸部36a1よりも孔a2から離れた位置で、辺a21に沿って一列に並んでいる。凸部36a3は、辺a21以外の3辺に沿って延びている。凸部36a4は、凸部36a3よりも孔a2から離れた位置で、辺a21以外の3辺に沿って延びている。複数の凸部36a1と凸部36a3とは、孔a2を包囲する同一の略矩形上に形成されている。複数の凸部36a2と凸部36a4とは、孔a2を包囲する同一の略矩形上に形成されている。
凹部37aは、隣接した2つの凸部36a1の間と、この2つの凸部36a1に+Y方向で隣接した2つの凸部36a2の間とで、孔a2からアノード流路部34a側、即ち+Y方向に延びている。凹部38aは、Y方向で隣接する凸部36a1及び36a2の間で、X方向に沿って延びている。凹部38a1は、凸部36a3及び36a4の間でこれらに沿って延びている。
ここで、上述したようにガスケット52は、孔a2と共にマニホールドを画定する孔s2を包囲している。図4には、ガスケット52によるシールラインL2を示している。シールラインL2は、複数の凸部36a1と複数の36a2との間と、凸部36a3及び36a4の間とを通過する。このため、凸部36a1及び36a2は、ガスケット52に交差する方向に互いに離れている。同様に、凸部36a3及び36a4も、ガスケット52に交差する方向に互いに離れている。
また、凹部37aは、シールラインL2の一部に交差するように延びて重なっており、凹部38a及び38a1はシールラインL2の一部に沿って延びて重なっている。従って、凹部37aは、凸部36a1及び36a2に対してガスケット52が延びた方向に隣接し、ガスケット52と交差するように延びている。凹部38aは、ガスケット52と交差する方向で隣接した凸部36a1及び36a2の間に位置している。凹部38a1は、ガスケット52と交差する方向で隣接した凸部36a3及び36a4の間に位置している。
尚、孔a2の周辺と同様に、孔a3の周辺にも凸部36a1〜36a4、複数の凹部37a、複数の凹部38a、及び凹部38a1が形成されている。
図5A及び図5Bは、それぞれ図4のA−A線及びB−B線に対応する、連通部R1周辺のスタック1の断面図である。尚、図4ではアノード流路部34aまでは示していないが、図5A及び図5Bでは示している。また、図5A及び図5Bでは、単セル60と、単セル60の−Z方向側で対向する他の単セル60aとついて図示している。単セル60aの構成は単セル60と同様であるため、重複する説明を省略する。
最初に、MEGA20について説明する。図5A及び図5Bに示すように、MEGA20は、上述した拡散層22c及び22aと、膜電極接合体(以下、MEAと称する)10とを含む。MEA10は、略矩形状の電解質膜と、電解質膜の一方の面及び他方の面にそれぞれ形成されたカソード側触媒層及びアノード側触媒層とを含む。拡散層22c及び22aはそれぞれ、カソード側触媒層及びアノード側触媒層に接合されている。本実施例では、拡散層22cの方が拡散層22aよりも大きく形成されており、MEA10は拡散層22cと略同じ大きさを有している。拡散層22aの外周縁から露出したMEA10のアノード触媒層に、絶縁部材40の面41の内周縁側が接合されている。
次に、ガスケット52の形状について簡単に説明する。図5A及び図5Bが示すガスケット52の断面は、ガスケット52が延びた方向に直交する断面である。ガスケット52は、このような断面視で、絶縁部材40の面41に接合された底部と、この底部から面41から離れるように突出した頂部とを有しており、底部から頂部にかけて幅が狭くなっている。詳細には、ガスケット52の頂部は、平坦であるが、これに限定されず、突出した方向に凸となるように湾曲した形状であってもよい。他のガスケット51、53〜55の断面形状についても同様である。
次に、冷媒が流れる連通部R1について説明する。図5Bに示すように、単セル60のセパレータ33aの凸部36a1及び36a2は、単セル60のセパレータ33cの凸部36cに当接している。このため、セパレータ33a及び33c間の距離が確保されている。ここで、凸部36a1及び36a2に対してX方向で隣接した凹部37aは、図5Aに示すようにセパレータ33cから離れるように凹んでいる。このため、凸部36a1及び36a2と、凹部37aと、セパレータ33cの凸部36cとに包囲された空間が画定され、この空間が連通部R1の一部として画定されている。ここで、連通部R1は、孔s2、a2、及びc2と、冷媒流路部35a及び35cとを連通している。これにより、孔s2、a2、及びc2を流れる冷媒は連通部R1を介して冷媒流路部35a及び35cに流れ、MEA10を冷却できる。
図5Bに示すように、凹部38aは、凸部36a1及び36a2の間で、セパレータ33cの凸部36cから離れてガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42に当接して絶縁部材40を支持している。これにより、凹部38aがガスケット52の反力を受けることにより、ガスケット52と共に絶縁部材40が撓んでシール性が低下することが抑制されている。このように、セパレータ33aに絶縁部材40を介してガスケット52の反力を受けるための凹部38aが設けられているため、部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下が抑制されている。
セパレータ33aの凸部36a1及び36a2は、セパレータ33cに向けて突出して当接しガスケット52に交差する方向に互いに離れた第1及び第2凸部の一例である。セパレータ33aの凹部37aは、凸部36a1及び36a2に対してガスケット52が延びた方向に隣接しセパレータ33cから離れるように凸部36a1及び36a2よりも凹んでおりガスケット52に交差するように延びた凹部の一例である。凹部38aは、凸部36a1及び36a2の間でセパレータ33cから離れておりガスケット52の背面側で絶縁部材40に当接して支持する支持部の一例である。尚、本実施例では、セパレータ33aは第1セパレータの一例であり、セパレータ33cは第2セパレータの一例である。
また、凹部38aを挟む位置にある凸部36a1及び36a2は、上述したようにセパレータ33cの凸部36cに当接しているため、ガスケット52の反力を受ける凹部38aを凸部36a1及び36a2とセパレータ33cの凸部36cとで支持することができる。これによってもガスケット52の反力を受けることができ、シール性の低下が抑制されている。
尚、上述したように、連通部R1の少なくとも一部を画定する凹部37aもガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42に当接して絶縁部材40を支持しているため、ガスケット52の反力を受けることができる。また、図5A及び図5Bには示されていないが、凹部38a1もガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42に当接して支持しているため、ガスケット52の反力を受けることができる。このように、セパレータ33aは、ガスケット52の全域に亘ってガスケット52の背面側で絶縁部材40に当接して支持するため、ガスケット52の全域に亘る反力を受けることができ、シール性の低下が抑制されている。
また、凹部38a1を挟む位置にある凸部36a3及び36a4も、セパレータ33cの凸部36cに当接しているため、ガスケット52の反力を受ける凹部38a1を凸部36a3及び36a4とセパレータ33cの凸部36cとで支持することができる。このように、セパレータ33a及び33cにより、ガスケット52の全域に亘る反力を受けることができ、シール性の低下が抑制されている。
ここで、凹部38aの、絶縁部材40と当接する部分のY方向の長さが長すぎると、セパレータ33aは、ガスケット52の反力により、ガスケット52及び絶縁部材40と共に撓む可能性がある。このため、上記の長さはある程度短い方が好ましい。従って上記の長さは、例えば5mm未満、好ましくは3mm未満、更に好ましくは2mm未満である。しかしながらこの長さが短すぎると、寸法公差や組付公差等により、ガスケット52に対して凹部38aの位置がずれて、凹部38aがガスケット52の反力を十分に受けることができない可能性がある。したがって上記の長さは、例えば0.5mm以上、好ましくは1mm以上である。
また、単セル60の凸部36cは、単セル60aのガスケット52の先端に当接している。このため、単セル60のセパレータ33cは、単セル60の絶縁部材40が撓むことを抑制しつつ、単セル60aのガスケット52を圧縮してシール性の低下を抑制することができる。単セル60の凸部36cは、単セル60aのガスケット52を押圧する押圧部の一例である。
また、ガスケット51〜55は絶縁部材40上に接合されており、例えば、上述したように凹凸部が複数形成されているセパレータ33aと比較して絶縁部材40は厚さが略均一である。このため、絶縁部材40とガスケット51〜55のそれぞれとの接合面積を確保することが容易である。例えば、図5Bに示すように、セパレータ33aの凹部38aの+Z方向側の面にガスケット52を直接接合しようとすると、両者の接合面積を確保できずにガスケット52が凹部38aから剥離する可能性があるが、本実施例ではこのような問題の発生が抑制されている。
尚、図4、図5A、及び図5Bに示すように、凹部37aと凸部36cとの間の空間は、凹部38aと凸部36cとの間の空間に連通している。このため、冷媒は凹部37aと凸部36cとの間の空間を流れると共に、凹部38aと凸部36cとの間にも流れる。このため、例えば冷媒中に混入した異物が凹部37aと凸部36cとの間に挟まった場合であっても、冷媒が凹部38aと凸部36cとの間を介して冷媒流路部35a側に流れることができ、冷媒の流量の低下が抑制されている。
孔s3、a3、及びc3周辺も、孔s2、a2、及びc2と略同様に構成されている。図6A及び図6Bは、カソードガスが流れる連通部R2周辺のスタックの断面図である。図6A及び図6Bは、それぞれ図5A及び図5Bに対応している。連通部R2も、連通部R1と同様に、凸部36a1及び36a2と、凹部37aと、セパレータ33cの凸部36cとにより少なくとも一部が画定されているが、以下の点で異なっている。
セパレータ33cの凸部39cは、絶縁部材40の面41から離れるように、+Z方向に若干突出しているが、凸部36cよりも突出高さは低い。図3に示すように、凸部39cは、略矩形状の凸部36cの4辺のうち、冷媒流路部35cとの間の1辺に沿って、即ちX方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。凸部39cには、厚み方向に貫通した連通孔39hが形成されている。凸部39c1は、凸部39cよりも冷媒流路部35c側に形成され、絶縁部材40の面41から離れるように+Z方向に突出して凸部39a1に当接している。凸部39a1及び39c1が互いに当接することによっても、セパレータ33a及び33c間の距離が確保されている。図6Aに示すように、凹部37aと凸部36cとの間を流れたカソードガスは、連通孔39hを介して、単セル60のセパレータ33cと単セル60aの絶縁部材40の面41との間を流れ、単セル60aの拡散層22cへと供給される。
図6Bに示すように、孔a3周辺の凸部36a1及び36a2や凹部38a、孔c3周辺の凸部36cも、上述した孔a2及びc2周辺と同様の構造である。このため、孔a2及びc2周辺の構造によりガスケット53の反力を受けることができ、部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下が抑制されている。
尚、セパレータ33a及び33cの孔a4及びc4周辺の構造、孔a5及びc5周辺の構造も、上記の孔a2及びc2周辺の構造、孔a3及びc3周辺の構造と同様に形成されている。このため、セパレータ33a及び33cによりガスケット54及び55の反力を受けることができ、部品点数の増大を抑制しつつシール性の低下が抑制されている。
次に、複数の変形例について説明する。尚、以下に説明する変形例において、上実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図7は、変形例のスタック1´の単セル60´のセパレータ33c´の孔c2周辺を−Z方向から見た拡大図である。図8A及び図8Bは、それぞれ図7のC−C線及びD−D線に対応するスタック1´の断面図である。図8A及び図8Bは、図6A及び図6Bにそれぞれ対応している。
図7に示すように、セパレータ33c´の孔c2周辺には、凸部36c´が形成されている。凸部36c´上には、複数の凸部36c1、複数の凸部36c2、凸部36c3、凸部36c4、複数の凹部37c、複数の凹部38c、及び凹部38c1が形成されている。図8A及び図8Bに示すように、凸部36c´は、その周辺部分よりも+Z方向に突出している。凸部36c1〜36c4は、凹部37c、38c、及び38c1よりも、+Z方向に突出している。凹部37c及び38cは、凸部36c´の頂面に形成されており、凸部36c1〜36c4よりも、−Z方向に凹んでいるが、凸部36c´の周辺よりも+Z方向に突出している。ここで、凸部36c1〜36c4は、同一のXY平面上に位置している。凹部37c、38c、及び38c1は、凸部36c1〜36c4が位置するXY平面から−Z方向に離れた同一のXY平面上に位置している。
凸部36c1及び36c2のそれぞれは、X方向を長手方向とする略矩形状であるがこれに限定されない。凸部36c1及び36c2は、形状及び大きさが略同じであるがこれに限定されない。凸部36c1及び36c2の各辺の長さは、例えば0.6mm〜1.3mmである。複数の凸部36c1は、略矩形状の孔c2の内周縁のカソード流路部34c側の辺c21に沿って並んでいる。複数の凸部36c2は、複数の凸部36c1よりも孔c2から離れた位置で、辺c21に沿って一列に並んでいる。凸部36c3は、辺c21以外の3辺に沿って延びている。凸部36c4は、凸部36c3よりも孔c2から離れた位置で、辺c21以外の3辺に沿って延びている。複数の凸部36c1と凸部36c3とは、孔c2を包囲する同一の略矩形上に形成されている。複数の凸部36c2と凸部36c4とは、孔c2を包囲する同一の略矩形上に形成されている。
凹部37cは、隣接した2つの凸部36c1の間と、この2つの凸部36c1にY方向で隣接した2つの凸部36c2の間とで、孔c2からカソード流路部34c側、即ち+Y方向に延びている。また、凹部38cは、Y方向で隣接する凸部36c1及び36c2との間に、X方向に沿って延びている。凹部38c1は、凸部36c3及び36c4との間でこれらに沿って延びている。後述するセパレータ33a´及び33c´が積層された状態では、凸部36c1〜36c4は、後述するセパレータ33a´の平部38a´に当接する。
図7には、ガスケット52によるシールラインL2を示している。シールラインL2は、隣接する凸部36c1及び36c2の間を通過して、凸部36c3及び36c4の間を通過する。このため、凸部36c1及び36c2は、ガスケット52に交差する方向に互いに離れている。凸部36c3及び36c4も同様に、ガスケット52に交差する方向に互いに離れている。
また、凹部37cは、シールラインL2の一部に交差するように延びて重なっており、凹部38c及び38c1はシールラインL2の一部に沿って延びて重なっている。従って、凹部37cは、凸部36c1及び36c2に対してガスケット52が延びた方向に隣接し、ガスケット52と交差するように延びている。凹部38cは、ガスケット52と交差する方向で隣接した凸部36c1及び36c2の間に位置している。凹部38c1は、ガスケット52と交差する方向で隣接した凸部36c3及び36c4の間に位置している。
図8A及び図8Bに示すように、スタック1´の単セル60´のセパレータ33a´には、上述した実施例のセパレータ33aとは異なり、孔a2周辺に凸部36a1及び36a2は形成されていない。また、単セル60´のセパレータ33a´には、単セル60´が備える絶縁部材40の面42に当接した平板状の平部38a´が形成されている。図8Bに示すように、単セル60´のセパレータ33c´の凸部36c1及び36c2は、単セル60´のセパレータ33a´の平部38a´に当接している。このため、セパレータ33a´及び33c´間の距離が確保されている。ここで、図8Aに示すように、凹部37cは、凸部36a1及び36a2と比較してセパレータ33aから離れるように凹んでいる。このため、凸部36c1及び36c2と、凹部37cと、平部38a´とにより、連通部R1´の一部が画定されている。これにより、孔s2、a2、及びc2を流れる冷媒は連通部R1´を介して冷媒流路部35a及び35cに流れる。
平部38a´は、略矩形枠状のガスケット52の背面側の全体に亘って絶縁部材40の面42に当接した略矩形状である。平部38a´の絶縁部材40の面42と当接する面積は、上述した実施例の凹部37a及び38aが絶縁部材40の面42に当接する面積よりも大きく形成されている。このようにして、平部38a´は、ガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42に当接して絶縁部材40を支持している。また、凸部36c1及び36c2は、上述したようにセパレータ33a´の平部38a´に当接しているため、ガスケット52の反力を受ける平部38a´を凸部36c1及び36c2とで支持することができる。これによってもガスケット52の反力を受けることができ、シール性の低下が抑制されている。
凸部36c1及び36c2は、セパレータ33a´に向けて突出して当接しガスケット52に交差する方向に互いに離れた第1及び第2凸部の一例である。凹部37cは、凸部36c1及び36c2に対してガスケット52が延びた方向に隣接しセパレータ33a´から離れるように凸部36c1及び36c2よりも凹んでおりガスケット52に交差するように延びた凹部の一例である。平部38a´は、凸部36c1及び36c2の間でセパレータ33c´から離れておりガスケット52の背面側で絶縁部材40に当接して支持する支持部の一例である。尚、本変形例では、セパレータ33a´は第2セパレータの一例であり、セパレータ33c´は第1セパレータの一例である。
また、単セル60´の凹部37c及び38cは、単セル60a´のガスケット52の先端に当接している。このため、単セル60´のセパレータ33c´は、単セル60´の絶縁部材40が撓むことを抑制しつつ、単セル60a´のガスケット52を圧縮してシール性の低下を抑制することができる。単セル60´の凹部37c及び38cは、単セル60a´のガスケット52を押圧する押圧部の一例である。
凹部38c、ガスケット52と当接する部分のY方向の長さは、長すぎると、凸部36c1及び36c2間のY方向での長さも長くなり、凸部36c1及び36c2の間で、セパレータ33a´のガスケット52の反力を受ける平部38a´が絶縁部材40と共に撓む可能性がある。このため、上記の長さはある程度短い方が好ましい。従って、上記の長さは、例えば5mm未満、好ましくは3mm未満、更に好ましくは2mm未満である。しかしながら上記の長さが短すぎると、寸法公差や組付公差等により、凹部38cが押圧するガスケット52に対して凹部38cの位置がずれて、凹部38cによりガスケット52を十分な力で押圧することができずに、シール性が低下する可能性がある。従って、上記の長さは、例えば0.5mm以上、好ましくは1mm以上である。
次に、上述したセパレータ33aの複数の変形例について説明する。図9A〜図10Cは、変形例のセパレータの孔2a近傍に形成された凸部の拡大図である。図9A〜図10Cでは、孔2aについては図示を省略してある。
図9Aが示す変形例のセパレータ43aでは、上述したセパレータ33aでの凸部36a1及び36a2の代わりに、Z方向からみて略円形の凸部46a1及び46a2が形成されている。また、セパレータ43aでは、上述したセパレータ33aでの凹部37a及び38aの代わりに、凹部47a及び48aが形成されている。凸部46a1及び46a2が略円状であるため、凸部46a1及び46a2をプレス加工により形成するのが容易となる。凸部46a1及び46a2の各径は、例えば0.6mm〜1.3mmである。
図9Bが示す変形例のセパレータ43a1では、凸部46a1及び46a2に加え、凸部46a5が形成されている。図9Aに示した変形例とは異なり、セパレータ43a1では、複数の凸部46a1同士のX方向でのピッチ間隔が広く形成され、複数の凸部46a2同士のX方向でのピッチ間隔が広く形成されている。凸部46a5は、X方向で隣接する凸部46a1に挟まれる位置に形成され、X方向に隣接する凸部46a2に挟まれる位置に形成されている。また、凸部46a5は、Y方向で隣接する凸部46a1及び46a2の間に位置している。換言すれば、凸部46a1、46a2、及び46a5は、千鳥状に設けられている。凸部46a5はシールラインL2に重なっている。このように、凸部46a5ではガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42を支持することはできないが、それ以外の凹部48aにより絶縁部材40の面42を支持することができる。
凹部47a1は、Y方向に隣接した凸部46a1及び46a2と、この凸部46a1及び46a2にX方向で隣接した凸部46a5との間に形成されている。凹部47a1は、凸部46a5と凸部46a5に+X方向側で隣接した凸部46a1及び46a2との間と、凸部46a5と凸部46a5の−X方向側で隣接した凸部46a1及び46a2との間に形成されている。凹部47a1は、Z方向から見て、凸部46a5よりも−Y方向側で面積が拡大し、凸部46a5近傍で面積が縮小し、凸部46a5よりも+Y方向側で再び面積が拡大している。このような凹部47a1は絶縁部材40の面42に当接して絶縁部材40を支持するため、ガスケット52の反力を受けることができる。
図9Bの変形例では、シールラインL2に重なる凸部46a5のみの大きさを、シールラインL2に重ならない凸部46a1及46a2のそれぞれよりも小さくしてもよい。凸部46a5の大きさが小さい方が、ガスケット52の背面側で絶縁部材40の面42に当接して絶縁部材40を支持する面積を確保することができるからである。例えば、凸部46a5の、ガスケット52が延びた方向での長さ、即ちシールラインL2の長さ方向での長さは、例えば1mm未満、好ましくは0.5mm未満、更に好ましくは0.3mm未満である。凸部46a5は、セパレータ43a1のガスケット52の背面側で絶縁部材40から離間した部分の一例である。
図9Cが示す変形例のセパレータ43a2では、直線状に並んだ複数の凸部46a1と、直線状に並んだ複数の凸部46a2との位相がずれている。従って、X方向に隣接する2つの凸部46a1の間と、この2つの凸部46a1にそれぞれY方向で隣接する2つの凸部46a2との間とを通過するように、凹部47a2が形成されている。このため、凹部47a2は、Z方向から見て、凸部46a1と凸部46a2との位相ずれに応じて部分的に湾曲している。凸部46a1とこの凸部46a1にY方向で最も近い凸部46a2との間に、凹部48a2が形成されている。凹部48a2は、シールラインL2に重なるため、ガスケット52の反力を受けることができる。
図10Aが示す変形例のセパレータ53aでは、上述したセパレータ33aでの凸部36a1及び36a2の代わりに、略正方形状の凸部56a1及び56a2が形成されている。また、セパレータ53aでは、上述したセパレータ33aの凹部37a及び38aの代わりに、凹部57a及び58aが形成されている。凸部56a1及び56a2の各辺の長さは、例えば0.6mm〜1.3mmである。
図10Bが示す変形例のセパレータ53a1では、凸部56a1、56a2、及び56a5は、千鳥状に形成されている。凹部57a1は、上述したセパレータ43a1の凹部47a1に類似しており、Z方向から見て、凸部56a5よりも−Y方向側で面積が拡大し、凸部56a5近傍で面積が縮小し、凸部56a5よりも+Y方向側で再び面積が拡大している。セパレータ53a1においても、セパレータ43a1と同様に、凸部56a5はシールラインL2に重なるため、凸部56a5の、ガスケット52が延びた方向での長さ、即ちシールラインL2の長さ方向での長さは、例えば1mm未満、好ましくは0.5mm未満、更に好ましくは0.3mm未満である。
図10Cが示す変形例のセパレータ53a2では、直線状に並んだ複数の凸部56a1と、直線状に並んだ複数の凸部56a2との位相がずれて設けられている。凹部57a2は、Z方向から見て、凸部56a1と凸部56a2との位相ずれに応じて部分的に屈曲している。凹部58a2には、凸部56a1とこの凸部56a1にY方向で最も近い凸部56a2との間に形成されている。凹部58a2は、シールラインL2に重なるため、ガスケット52の反力を受けることができる。
図9A〜図10Cに示した変形例では、凸部はZ方向から見て円形や正方形であるが、これに限定されない。例えば、凸部は、楕円形であってもよいし、長方形であってもよいし、5以上の角数を有した多角形であってもよい。また、円形状、楕円形、正方形、長方形等、異なる2種以上の形状の凸部を同一のセパレータに形成してもよい。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
上述した実施例及び変形例の構成は、アノードガスが流れる孔の周辺に適用してもよい。上述した実施例及び変形例でのセパレータは、いわゆる平行溝タイプであるが、サーペンタインタイプであってもよい。
1、1´ 燃料電池スタック
33a アノードセパレータ(第1セパレータ)
33c カソードセパレータ(第2セパレータ)
33a´ アノードセパレータ(第2セパレータ)
33c´ カソードセパレータ(第1セパレータ)
36a1、36a2、36c1、36c2 凸部(第1及び第2凸部)
36c 凸部(押圧部)
37a、38c 凹部
38a 凹部(支持部)
38a´ 平部(支持部)
40 絶縁部材
52、53 ガスケット
60、60a、60´、60a´ 単セル
s2、a2、c2、s3、a3、c3 孔
R1、R2、R1´ 連通部
L2 シールライン

Claims (9)

  1. 複数の単セルが積層された燃料電池スタックであって、
    前記単セルは、
    膜電極接合体と、
    前記膜電極接合体の外周縁で接合された枠状の絶縁部材と、
    前記膜電極接合体及び絶縁部材に対向した第1セパレータと、
    前記第1セパレータに前記膜電極接合体及び絶縁部材とは反対側で対向した第2セパレータと、
    前記絶縁部材に接合され前記第1セパレータとは反対側に突出したガスケットと、を備え、
    前記絶縁部材と前記第1及び第2セパレータとは、前記膜電極接合体の外側に位置して当該絶縁部材と当該第1及び第2セパレータとを貫通して反応ガス又は冷媒の何れかの流体が流れる貫通した孔を有し、
    前記ガスケットは、前記絶縁部材の前記孔周りに延びており、
    前記第1及び第2セパレータの少なくとも一方には、前記膜電極接合体に対向する領域に流路部が形成されており、
    前記第1及び第2セパレータは、前記孔と前記流路部とを連通し前記ガスケットの一部に交差するように延びた連通部を画定し、
    前記第1及び第2セパレータの一方は、前記第1及び第2セパレータの他方に向けて突出して当接し前記ガスケットに交差する方向に互いに離れた第1及び第2凸部と、前記第1及び第2凸部に対して前記ガスケットが延びた方向に隣接し前記第1及び第2セパレータの前記他方から離れるように前記第1及び第2凸部よりも凹んでおり前記ガスケットに交差するように延びた凹部と、を有し、
    前記連通部の少なくとも一部は、前記第1及び第2凸部と前記凹部と前記第1及び第2セパレータの前記他方とにより画定され、
    前記第1セパレータは、前記第1及び第2凸部の間で前記第2セパレータから離れており前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持する支持部を有している、燃料電池スタック。
  2. 前記支持部と前記第2セパレータとの間の空間は、前記連通部に連通している、請求項1の燃料電池スタック。
  3. 前記第1及び第2セパレータの前記一方は、前記第1セパレータであり、
    前記第1及び第2セパレータの前記他方は、前記第2セパレータであり、
    前記凹部は、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持する、請求項1又は2の燃料電池スタック。
  4. 複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、
    前記第2単セルは、前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で前記第1単セルの前記第2セパレータに対向し、
    前記第1単セルの前記第2セパレータは、前記第2単セルの前記ガスケットを押圧する押圧部を有し、
    前記押圧部は、前記第1単セルの前記第1セパレータに向けて突出して前記第1単セルの前記第1及び第2凸部に当接して支持する、請求項3の燃料電池スタック。
  5. 前記第1及び第2セパレータの前記一方は、前記第2セパレータであり、
    前記第1及び第2セパレータの前記他方は、前記第1セパレータであり、
    複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、
    前記第2単セルは、前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で前記第1単セルの前記第2セパレータに対向し、
    前記第1単セルの前記第2セパレータは、前記第2単セルの前記ガスケットを押圧する押圧部を有し、
    前記押圧部は、前記第1単セルの前記第1セパレータから離れるように前記第1単セルの前記第1及び第2凸部よりも凹んでいる、請求項1又は2の燃料電池スタック。
  6. 前記流体は、前記冷媒であり、
    前記流路部は、前記第1及び第2セパレータの間で画定される、請求項1乃至5の何れかの燃料電池スタック。
  7. 前記流体は、前記反応ガスであり、
    複数の前記単セルは、第1及び第2単セルを含み、
    前記第1単セルの前記流路部は、前記第1単セルの前記第2セパレータと、前記第1単セルの前記第2セパレータに前記第1単セルの前記第1セパレータとは反対側で隣接する前記第2単セルの前記絶縁部材及び膜電極接合体との間で画定される、請求項1乃至3の何れかの燃料電池スタック。
  8. 前記第1セパレータの、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材から離間した部分の、前記ガスケットの延びた方向での長さは、1mm未満である、請求項1乃至7の何れかの燃料電池スタック。
  9. 前記第1セパレータは、前記ガスケットの全域に亘って、前記ガスケットの背面側で前記絶縁部材に当接して支持している、請求項1乃至8の何れかの燃料電池スタック。
JP2018047143A 2018-03-14 2018-03-14 燃料電池スタック Active JP6874723B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018047143A JP6874723B2 (ja) 2018-03-14 2018-03-14 燃料電池スタック
US16/251,860 US10930963B2 (en) 2018-03-14 2019-01-18 Fuel cell stack
DE102019103024.2A DE102019103024A1 (de) 2018-03-14 2019-02-07 Brennstoffzellenstapel
CN201910149078.2A CN110277580B (zh) 2018-03-14 2019-02-28 燃料电池组

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018047143A JP6874723B2 (ja) 2018-03-14 2018-03-14 燃料電池スタック

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019160647A true JP2019160647A (ja) 2019-09-19
JP6874723B2 JP6874723B2 (ja) 2021-05-19

Family

ID=67774268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018047143A Active JP6874723B2 (ja) 2018-03-14 2018-03-14 燃料電池スタック

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10930963B2 (ja)
JP (1) JP6874723B2 (ja)
CN (1) CN110277580B (ja)
DE (1) DE102019103024A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022206639A1 (de) * 2022-06-30 2024-01-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stapelstruktur für einen elektrochemischen Energiewandler und Verfahren zum Herstellen der Stapelstruktur
CN115020740A (zh) * 2022-07-01 2022-09-06 一汽解放汽车有限公司 燃料电池及车辆

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250353A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2012227132A (ja) * 2011-04-07 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd 金属セパレータの製造方法
JP2013171654A (ja) * 2012-02-20 2013-09-02 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2014175237A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Nippon Soken Inc 燃料電池
WO2018011948A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 日産自動車株式会社 燃料電池スタック

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196426A (ja) 2004-12-16 2006-07-27 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
JP5026708B2 (ja) * 2006-02-09 2012-09-19 東海ゴム工業株式会社 固体高分子型燃料電池用セルおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池
EP1995808B1 (en) * 2006-03-08 2012-08-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cell stack and fuel cell with the same
JP5261975B2 (ja) 2007-05-08 2013-08-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2009259780A (ja) 2008-03-19 2009-11-05 Hitachi Cable Ltd 燃料電池用金属製セパレータ
CN101689655A (zh) * 2008-05-28 2010-03-31 松下电器产业株式会社 燃料电池
JP5532204B2 (ja) * 2009-06-19 2014-06-25 Nok株式会社 燃料電池の密封構造
CN102687322B (zh) * 2009-12-01 2014-10-29 丰田自动车株式会社 燃料电池
WO2011114811A1 (ja) * 2010-03-17 2011-09-22 日産自動車株式会社 燃料電池セル
JP5643146B2 (ja) * 2011-04-07 2014-12-17 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP6063290B2 (ja) * 2013-02-20 2017-01-18 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP2015018676A (ja) 2013-07-10 2015-01-29 内山工業株式会社 燃料電池用セパレータ
JP6090091B2 (ja) * 2013-10-01 2017-03-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP6065859B2 (ja) 2014-03-05 2017-01-25 ブラザー工業株式会社 セパレータ及びこれを備えた燃料電池
JP6082362B2 (ja) * 2014-05-30 2017-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250353A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2012227132A (ja) * 2011-04-07 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd 金属セパレータの製造方法
JP2013171654A (ja) * 2012-02-20 2013-09-02 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2014175237A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Nippon Soken Inc 燃料電池
WO2018011948A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 日産自動車株式会社 燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
CN110277580B (zh) 2021-12-03
CN110277580A (zh) 2019-09-24
DE102019103024A1 (de) 2019-09-19
US10930963B2 (en) 2021-02-23
JP6874723B2 (ja) 2021-05-19
US20190288321A1 (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6769647B2 (ja) 電気化学システム用セパレータプレート
JP6563966B2 (ja) 発電セル
JP4976652B2 (ja) 型押し燃料電池双極板
JP6496382B1 (ja) 発電セル
JP6570587B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及び発電セル
JP5907277B2 (ja) 燃料電池スタック、及び燃料電池スタックに用いるシールプレート
JP2006318863A (ja) 燃料電池のセパレータ
JP2015076286A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
JP6649939B2 (ja) 発電セル
JP2015509644A (ja) シールプレート及びこれを用いた燃料電池スタック
US20200014041A1 (en) Fuel cell separator member and fuel cell stack
JP6874723B2 (ja) 燃料電池スタック
US20190393514A1 (en) Fuel cell separator and fuel cell stack
JP6229339B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2008059760A (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP2011222393A (ja) 燃料電池
US11735748B2 (en) Power generation cell and resin-framed membrane electrode assembly
JP7130610B2 (ja) 燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セル
JP2018137074A (ja) 燃料電池スタック
JP6150060B2 (ja) フレーム付き膜電極接合体、燃料電池用単セル及び燃料電池スタック
JP5332399B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及びそれを用いた燃料電池
JP2021044063A (ja) 燃料電池のセルスタック
JP7111661B2 (ja) 燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セル
JP7083867B2 (ja) 金属セパレータ及び燃料電池スタック
CN113937316B (zh) 燃料电池用金属隔板以及发电单电池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210323

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210324

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210405

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6874723

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151