JP2020173973A - Fuel cell separator - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel cell separator with improved sealing properties.SOLUTION: A fuel cell separator includes a flat base, a bead that protrudes from a base to one side and extends in a first direction, and the standing wall portion that rises from the base to the one side, faces the bead, and extends in the first direction while meandering.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell.

燃料電池は、複数の単セルが積層されて構成される。各単セルでのセパレータには、反応ガスや冷媒をシールするビードが設けられている(例えば特許文献1参照)。 A fuel cell is configured by stacking a plurality of single cells. The separator in each single cell is provided with a bead that seals the reaction gas and the refrigerant (see, for example, Patent Document 1).

特開2016−048620号公報JP-A-2016-048620

複数の単セルが締結された状態では、セパレータのビードには積層方向で圧縮荷重が作用する。このような圧縮荷重に対してビードが容易に変形すると、シール性が低下する恐れがある。 When a plurality of single cells are fastened, a compressive load acts on the beads of the separator in the stacking direction. If the bead is easily deformed by such a compressive load, the sealing property may be deteriorated.

本発明は、シール性が向上した燃料電池用のセパレータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a separator for a fuel cell having improved sealing performance.

上記目的は、平坦な基部と、前記基部から一方側に突出して第1方向に沿って延びたビードと、前記基部から前記一方側に立ち上がり、前記ビードに対向し、蛇行しながら前記第1方向に沿って延びた立壁部と、を備えている、燃料電池用のセパレータによって達成できる。 The object is a flat base, a bead that protrudes from the base to one side and extends along the first direction, and a bead that rises from the base to the one side, faces the bead, and meanders in the first direction. This can be achieved by a separator for a fuel cell, which comprises a standing wall portion extending along the line.

前記第1方向に沿って延びた外縁を備え、前記立壁部は、前記ビードと前記外縁の間に位置してもよい。 An outer edge extending along the first direction may be provided, and the standing wall portion may be located between the bead and the outer edge.

前記立壁部は、前記第1方向に沿ってジグザグ状に延びていてもよい。 The standing wall portion may extend in a zigzag shape along the first direction.

前記立壁部は、前記第1方向に沿って波状に延びていてもよい。 The standing wall portion may extend in a wavy shape along the first direction.

前記立壁部から前記ビードとは反対側に突出した鍔部を備えていてもよい。 A collar portion protruding from the standing wall portion to the side opposite to the bead may be provided.

前記ビードは、前記第1方向に沿って直線状に延びていてもよい。 The bead may extend linearly along the first direction.

前記ビードは、前記第1方向に沿って蛇行しながら延びていてもよい。 The bead may meander and extend along the first direction.

本発明によれば、シール性が向上した燃料電池用のセパレータを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a separator for a fuel cell having improved sealing performance.

図1は、燃料電池の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell. 図2は、単セルのアノードセパレータの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a single cell anode separator. 図3は、図2のA−A間に相当する箇所でのセル積層体の一部を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the cell laminate at a portion corresponding to the space between A and A in FIG. 図4は、外周ビード周辺を示したセパレータの部分拡大斜視図である。FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of the separator showing the periphery of the outer peripheral bead. 図5は、+Z方向側から見た外周ビード周辺を示したセパレータの部分拡大平面図である。FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the separator showing the periphery of the outer peripheral bead as seen from the + Z direction side. 図6は、比較例のセパレータの説明図である。。FIG. 6 is an explanatory diagram of a separator of a comparative example. .. 図7は、比較例のセパレータの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a separator of a comparative example. 図8は、第1変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the separator which is the first modification. 図9は、第2変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。FIG. 9 is a partially enlarged plan view of the separator which is the second modification. 図10は、第3変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。FIG. 10 is a partially enlarged plan view of the separator which is a third modification.

[燃料電池の概略構成]
図1は、燃料電池100の斜視図である。図1には、互いに直交するX方向、Y方向、及びZ方向を示している。燃料電池100は、例えば電気自動車の電力源として利用できる。図1のように、燃料電池100は、セル積層体11、ターミナルプレート12a及び12b、絶縁プレート13a及び13b、及びエンドプレート14a及び14bを含む。セル積層体11は、複数の単セル10がZ方向に積層されている。単セル10は、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。
[Outline configuration of fuel cell]
FIG. 1 is a perspective view of the fuel cell 100. FIG. 1 shows the X, Y, and Z directions that are orthogonal to each other. The fuel cell 100 can be used, for example, as a power source for an electric vehicle. As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 includes a cell laminate 11, terminal plates 12a and 12b, insulating plates 13a and 13b, and end plates 14a and 14b. In the cell laminate 11, a plurality of single cells 10 are laminated in the Z direction. The single cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by being supplied with a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) as reaction gases.

ターミナルプレート12a及び12bは、セル積層体11の積層方向の両端部に配置されている。絶縁プレート13a及び13bは、セル積層体11の積層方向でターミナルプレート12a及び12bよりも外側に配置されている。エンドプレート14a及び14bは、セル積層体11の積層方向で絶縁プレート13a及び13bよりも外側に配置されている。ターミナルプレート12a及び12bは、緻密性カーボン又は銅などの導電性部材で形成され、単セル10の発電電力を取り出すために用いられる。絶縁プレート13a及び13bは、ゴム又は樹脂などの絶縁性部材で形成され、ターミナルプレート12a及び12bとエンドプレート14a及び14bとの間を絶縁する。エンドプレート14a及び14bは、セル積層体11とターミナルプレート12a及び12bと絶縁プレート13a及び13bとを締結する。 The terminal plates 12a and 12b are arranged at both ends of the cell laminate 11 in the stacking direction. The insulating plates 13a and 13b are arranged outside the terminal plates 12a and 12b in the stacking direction of the cell laminate 11. The end plates 14a and 14b are arranged outside the insulating plates 13a and 13b in the stacking direction of the cell laminate 11. The terminal plates 12a and 12b are formed of a conductive member such as dense carbon or copper, and are used to extract the generated power of the single cell 10. The insulating plates 13a and 13b are formed of an insulating member such as rubber or resin, and insulate between the terminal plates 12a and 12b and the end plates 14a and 14b. The end plates 14a and 14b fasten the cell laminate 11, the terminal plates 12a and 12b, and the insulating plates 13a and 13b.

単セル10とターミナルプレート12aと絶縁プレート13aとエンドプレート14aとは、それぞれ複数のマニホールド孔を有していて、それぞれの複数のマニホールド孔が連通して複数のマニホールド20〜25が形成されている。マニホールド20はセル積層体11に燃料ガスを供給するために用いられ、マニホールド21はセル積層体11から燃料ガスを排出するために用いられる。マニホールド22はセル積層体11に酸化剤ガスを供給するために用いられ、マニホールド23はセル積層体11から酸化剤ガスを排出するために用いられる。マニホールド24はセル積層体11に冷媒(例えば冷却水)を供給するために用いられ、マニホールド25はセル積層体11から冷媒を排出するために用いられる。 The single cell 10, the terminal plate 12a, the insulating plate 13a, and the end plate 14a each have a plurality of manifold holes, and the plurality of manifold holes are communicated with each other to form a plurality of manifolds 20 to 25. .. The manifold 20 is used to supply fuel gas to the cell laminate 11, and the manifold 21 is used to discharge fuel gas from the cell laminate 11. The manifold 22 is used to supply the oxidant gas to the cell laminate 11, and the manifold 23 is used to discharge the oxidant gas from the cell laminate 11. The manifold 24 is used to supply a refrigerant (for example, cooling water) to the cell laminate 11, and the manifold 25 is used to discharge the refrigerant from the cell laminate 11.

図2は、単セル10のアノードセパレータ37の平面図である。図3は、図2のA−A間に相当する箇所でのセル積層体11の一部を示す断面図である。図2に示すように、アノードセパレータ(以下、単にセパレータと称する)37は、X方向及びY方向をそれぞれ短手方向及び長手方向とする略矩形状であり、外縁を画定する縁372〜375を有している。縁372及び373は、Y方向に略平行でありX方向に離れている。縁374及び375は、X方向に略平行でありY方向に離れている。また、セパレータ37には、マニホールド20〜25のそれぞれを画定するためのマニホールド孔50〜55が形成されている。マニホールド孔52、54、及び51は、縁374に沿って設けられている。マニホールド孔50、55、及び53は、縁375に沿って設けられている。マニホールド孔50、55、及び53と、マニホールド孔52、54、及び51との間には、Y方向に延びX方向に所定の間隔を空けて並んだ複数の流路リブ42が形成されている。また、セパレータ37には、冷媒や反応ガスの漏れを防ぐためにマニホールドビード44a〜44fや外周ビード44gが設けられている。マニホールドビード44a〜44fは、それぞれマニホールド孔50〜55を包囲する。外周ビード44gは、マニホールド孔54及び55が外側に位置するようにガスマニホールド孔50〜53と複数の流路リブ42を包囲し、縁372〜375に沿って延びている。また、セパレータ37には、外周ビード44gよりも外側であって、縁372〜375に沿うように立壁部46及び鍔部48が設けられている。立壁部46及び鍔部48については、詳しくは後述する。 FIG. 2 is a plan view of the anode separator 37 of the single cell 10. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the cell laminate 11 at a portion corresponding to the space between A and A in FIG. As shown in FIG. 2, the anode separator (hereinafter, simply referred to as a separator) 37 has a substantially rectangular shape with the X direction and the Y direction as the lateral direction and the longitudinal direction, respectively, and has edges 372 to 375 defining the outer edge. Have. The edges 372 and 373 are substantially parallel in the Y direction and separated in the X direction. The edges 374 and 375 are substantially parallel in the X direction and separated in the Y direction. Further, the separator 37 is formed with manifold holes 50 to 55 for defining each of the manifolds 20 to 25. Manifold holes 52, 54, and 51 are provided along the edge 374. Manifold holes 50, 55, and 53 are provided along the edge 375. A plurality of flow path ribs 42 extending in the Y direction and arranged at predetermined intervals in the X direction are formed between the manifold holes 50, 55, and 53 and the manifold holes 52, 54, and 51. .. Further, the separator 37 is provided with manifold beads 44a to 44f and an outer peripheral bead 44g in order to prevent leakage of the refrigerant and the reaction gas. The manifold beads 44a to 44f surround the manifold holes 50 to 55, respectively. The outer peripheral bead 44g surrounds the gas manifold holes 50 to 53 and the plurality of flow path ribs 42 so that the manifold holes 54 and 55 are located on the outside, and extends along the edges 372 to 375. Further, the separator 37 is provided with a standing wall portion 46 and a flange portion 48 along the edges 372 to 375, which are outside the outer peripheral bead 44 g. The vertical wall portion 46 and the flange portion 48 will be described in detail later.

図3に示すように、単セル10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)36と、MEGA36を囲む枠状の絶縁フレーム39と、MEGA36及び絶縁フレーム39に対向したセパレータ37と、MEGA36及び絶縁フレーム39とは反対側でセパレータ37に対向したカソードセパレータ(以下、単にセパレータと称する)38と、を備える。セパレータ37及び38は、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばプレス成型したステンレス鋼などの金属部材で形成されている。絶縁フレーム39は、例えばゴム又はエラストマー樹脂などの弾性を有する樹脂部材で形成されているが、弾性を有さない絶縁部材で形成されていてもよい。 As shown in FIG. 3, the single cell 10 includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly (hereinafter referred to as MEGA (Membrane Electrode Gas diffusion layer assembly)) 36, a frame-shaped insulating frame 39 surrounding the MEGA 36, the MEGA 36, and the MEGA 36. A separator 37 facing the insulating frame 39 and a cathode separator (hereinafter, simply referred to as a separator) 38 facing the MEGA 36 and the separator 37 on the opposite side of the insulating frame 39 are provided. The separators 37 and 38 are made of a member having gas blocking property and electron conductivity, and are made of a metal member such as press-molded stainless steel. The insulating frame 39 is formed of an elastic resin member such as rubber or an elastomer resin, but may be formed of a non-elastic insulating member.

図3に示すように、セパレータ37は、XY平面に略平行であって平坦な基部371と、基部371から+Z方向に突出した複数の流路リブ42と外周ビード44gと、外周ビード44gに沿って延びた立壁部46及び鍔部48を含む。図1に示したマニホールド20を流れる燃料ガスは、マニホールド孔50から隣接する流路リブ42とこれに対向するMEGA36との間を流れて、マニホールド孔51を介してマニホールド21から排出される。 As shown in FIG. 3, the separator 37 has a flat base portion 371 substantially parallel to the XY plane, a plurality of flow path ribs 42 protruding in the + Z direction from the base portion 371, an outer peripheral bead 44 g, and an outer peripheral bead 44 g. Includes a vertical wall portion 46 and a flange portion 48 that extend. The fuel gas flowing through the manifold 20 shown in FIG. 1 flows from the manifold hole 50 between the adjacent flow path rib 42 and the MEGA 36 facing the manifold hole 50, and is discharged from the manifold 21 through the manifold hole 51.

セパレータ37の外周ビード44gは、Z方向の圧縮荷重に対して反力が確保できるように、基部371から+Z方向に突出している。セパレータ37の外周ビード44gは、このセパレータ37に対向する絶縁フレーム39に、弾性部材であるゴム製のガスケット70を介して押圧される。尚、図2に示したマニホールドビード44a〜44fも、不図示のガスケットを介して絶縁フレーム39に押圧されている。 The outer peripheral bead 44g of the separator 37 protrudes from the base portion 371 in the + Z direction so that a reaction force can be secured against a compressive load in the Z direction. The outer peripheral bead 44g of the separator 37 is pressed against the insulating frame 39 facing the separator 37 via a rubber gasket 70 which is an elastic member. The manifold beads 44a to 44f shown in FIG. 2 are also pressed against the insulating frame 39 via a gasket (not shown).

外周ビード44gは、側部441及び442と、頂部443とを含む。側部441及び442は、基部371に対して傾斜するように+Z方向側に突出している。頂部443は、基部371と略平行であり、基部371よりも+Z方向側に位置している。側部441は、側部442よりも縁372の近くに位置している。立壁部46は、基部371から+Z方向側に突出するように、基部371に対して傾斜している。立壁部46については、詳しくは後述する。 The outer bead 44g includes side portions 441 and 442 and a top portion 443. The side portions 441 and 442 project toward the + Z direction so as to be inclined with respect to the base portion 371. The top portion 443 is substantially parallel to the base portion 371 and is located on the + Z direction side with respect to the base portion 371. The side portion 441 is located closer to the edge 372 than the side portion 442. The vertical wall portion 46 is inclined with respect to the base portion 371 so as to project from the base portion 371 toward the + Z direction. The vertical wall portion 46 will be described in detail later.

鍔部48は、立壁部46から外周ビード44gとは反対側、即ちセパレータ37の外側に、頂部443や基部371と略平行となるように突出しており、基部371よりも+Z方向側に位置している。鍔部48は、頂部443と+Z方向での突出高さが略同じであるが、絶縁フレーム39には接触しておらず、鍔部48と絶縁フレーム39との間にガスケット70は設けられていないが、これに限定されない。 The collar portion 48 protrudes from the vertical wall portion 46 on the side opposite to the outer peripheral bead 44 g, that is, on the outside of the separator 37 so as to be substantially parallel to the top portion 443 and the base portion 371, and is located on the + Z direction side from the base portion 371. ing. The flange portion 48 has substantially the same protrusion height in the + Z direction as the top portion 443, but is not in contact with the insulating frame 39, and a gasket 70 is provided between the flange portion 48 and the insulating frame 39. Not limited to this.

セパレータ38は、XY平面に略平行であって平坦な基部381と、基部381から−Z方向に突出した複数の流路リブ43と外周ビード45gと、45gに沿って延びた立壁部47とを含む。セパレータ38の基部381は、セパレータ38に対向するセパレータ37の基部371に当接している。セパレータ38の複数の流路リブ43は、Y方向に延びてX方向に所定の間隔を空けて並んでおり、セパレータ38に対向するセパレータ37の複数の流路リブ42とZ方向で対向している。図1に示したマニホールド22を流れる酸化剤ガスは、マニホールド孔52から隣接する流路リブ43とこれに対向するMEGA36との間を流れて、マニホールド孔53を介してマニホールド23から排出される。図1に示したマニホールド24を流れる冷媒は、マニホールド孔54から対向する流路リブ42及び43の間を流れて、マニホールド孔55を介してマニホールド25から排出される。 The separator 38 includes a flat base portion 381 substantially parallel to the XY plane, a plurality of flow path ribs 43 protruding in the −Z direction from the base portion 381, an outer peripheral bead 45 g, and a standing wall portion 47 extending along 45 g. Including. The base 381 of the separator 38 is in contact with the base 371 of the separator 37 facing the separator 38. The plurality of flow path ribs 43 of the separator 38 extend in the Y direction and are arranged at a predetermined interval in the X direction, and face the plurality of flow path ribs 42 of the separator 37 facing the separator 38 in the Z direction. There is. The oxidant gas flowing through the manifold 22 shown in FIG. 1 flows from the manifold hole 52 between the adjacent flow path rib 43 and the MEGA 36 facing the flow path rib 43, and is discharged from the manifold 23 through the manifold hole 53. The refrigerant flowing through the manifold 24 shown in FIG. 1 flows from the manifold holes 54 between the flow path ribs 42 and 43 facing each other, and is discharged from the manifold 25 through the manifold holes 55.

セパレータ38の外周ビード45gは、Z方向の圧縮荷重に対して反力が確保できるように、基部381から−Z方向に突出している。セパレータ37の外周ビード44gは、このセパレータ37と対向するセパレータ38の外周ビード45gとZ方向で対向している。セパレータ38の外周ビード45gは、セパレータ37の外周ビード44gと同様にセパレータ38の外周縁に沿うように伸びている。セパレータ38の外周ビード45gは、このセパレータ38に対向する絶縁フレーム39に、弾性部材であるゴム製のガスケット70を介して押圧される。 The outer peripheral bead 45 g of the separator 38 projects from the base portion 381 in the −Z direction so that a reaction force can be secured against a compressive load in the Z direction. The outer peripheral bead 44g of the separator 37 faces the outer peripheral bead 45g of the separator 38 facing the separator 37 in the Z direction. The outer peripheral bead 45 g of the separator 38 extends along the outer peripheral edge of the separator 38 in the same manner as the outer peripheral bead 44 g of the separator 37. The outer peripheral bead 45 g of the separator 38 is pressed against the insulating frame 39 facing the separator 38 via a rubber gasket 70 which is an elastic member.

外周ビード45gは、側部451及び452と、頂部453とを含む。側部451及び452は、基部381に対して傾斜するように−Z方向側に突出している。頂部453は、基部381と略平行であり、基部381よりも−Z方向側に位置している。側部451は、側部452よりも縁382の近くに位置している。立壁部47は、基部381から−Z方向に突出するように基部381に対して傾斜している。 The outer bead 45g includes side portions 451 and 452 and a top portion 453. The side portions 451 and 452 project toward the −Z direction so as to be inclined with respect to the base portion 381. The top portion 453 is substantially parallel to the base portion 381 and is located on the −Z direction side with respect to the base portion 381. The side portion 451 is located closer to the edge 382 than the side portion 452. The vertical wall portion 47 is inclined with respect to the base portion 381 so as to project from the base portion 381 in the −Z direction.

鍔部49は、立壁部47から外周ビード45gとは反対側、即ちセパレータ38の外側に、頂部453や基部381と略平行となるように突出しており、基部381よりも−Z方向側に位置している。鍔部49は、頂部453と−Z方向での突出高さが略同じであるが、絶縁フレーム39には接触しておらず、鍔部49と絶縁フレーム39との間にガスケット70は設けられていないが、これに限定されない。 The flange portion 49 protrudes from the vertical wall portion 47 on the side opposite to the outer peripheral bead 45 g, that is, on the outside of the separator 38 so as to be substantially parallel to the top portion 453 and the base portion 381, and is located on the −Z direction side with respect to the base portion 381. are doing. The flange portion 49 has substantially the same protrusion height in the −Z direction as the top portion 453, but is not in contact with the insulating frame 39, and a gasket 70 is provided between the flange portion 49 and the insulating frame 39. Not limited to this, but not limited to this.

尚、セパレータ38及び絶縁フレーム39には、セパレータ37のマニホールド孔50〜55と同様に、複数のマニホールド孔が設けられている。また、セパレータ38には、セパレータ37のマニホールドビード44a〜44fや外周ビード44gと同様に複数のシール部が設けられている。セパレータ37及び38は、マニホールドビード44a、44b、44c、及び44dの周りや外周ビード44gの周りで接合されている。セパレータ37及び38の接合は、例えばレーザ溶接によって行われるが、アーク溶接又は熱圧着接合などの他の方法で接合されてもよい。また、図3では、セパレータ37及び38の形状はXY平面に対して非対称な形状であるが、これに限定されず、例えば、外周ビード44g及び45gや、立壁部46及び47、鍔部48及び49は、それぞれ対称形状であってもよい。 The separator 38 and the insulating frame 39 are provided with a plurality of manifold holes, similarly to the manifold holes 50 to 55 of the separator 37. Further, the separator 38 is provided with a plurality of sealing portions as in the manifold beads 44a to 44f and the outer peripheral bead 44g of the separator 37. The separators 37 and 38 are joined around the manifold beads 44a, 44b, 44c, and 44d and around the outer bead 44g. The separators 37 and 38 are joined by, for example, laser welding, but may be joined by other methods such as arc welding or thermocompression bonding. Further, in FIG. 3, the shapes of the separators 37 and 38 are asymmetrical with respect to the XY plane, but the shape is not limited to this, and for example, the outer peripheral beads 44 g and 45 g, the standing wall portions 46 and 47, the flange portion 48, and the flange portion 48 Each of the 49s may have a symmetrical shape.

MEGA36は、膜電極接合体(以下、MEA(Membrane Electrode Assembly)と称する)35と、アノードガス拡散層(以下、単に拡散層と称する)33、及びカソードガス拡散層(以下、単に拡散層と称する)34と、を備える。MEA35は、電解質膜30と、電解質膜30の一方の面の全面に設けられたアノード触媒層(以下、単に触媒層と称する)31と、他方の面に電解質膜30の外周縁部30aを露出させて設けられたカソード触媒層(以下、単に触媒層と称する)32と、を備える。絶縁フレーム39は、例えば接着剤などによって電解質膜30の外周縁部30aに接合されている。 The MEGA 36 includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly)) 35, an anode gas diffusion layer (hereinafter simply referred to as a diffusion layer) 33, and a cathode gas diffusion layer (hereinafter simply referred to as a diffusion layer). ) 34 and. The MEA35 exposes the electrolyte membrane 30, the anode catalyst layer (hereinafter, simply referred to as the catalyst layer) 31 provided on the entire surface of one surface of the electrolyte membrane 30, and the outer peripheral edge portion 30a of the electrolyte membrane 30 on the other surface. A cathode catalyst layer (hereinafter, simply referred to as a catalyst layer) 32 provided so as to be provided is provided. The insulating frame 39 is joined to the outer peripheral edge portion 30a of the electrolyte membrane 30 by, for example, an adhesive.

電解質膜30は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。触媒層31及び32は、電気化学反応を進行させる触媒(白金又は白金−コバルト合金など)を担持したカーボン粒子(カーボンブラックなど)と、スルホン酸基を有する固体高分子であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。拡散層33及び34は、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばカーボンクロス又はカーボンペーパなどの多孔質カーボン部材で形成されている。 The electrolyte membrane 30 is a solid polymer membrane formed of a fluorine-based resin material or a carbon-based resin material having a sulfonic acid group, and has good proton conductivity in a wet state. The catalyst layers 31 and 32 are carbon particles (carbon black, etc.) carrying a catalyst (platinum or platinum-cobalt alloy, etc.) for advancing the electrochemical reaction, and a solid polymer having a sulfonic acid group, which are good in a wet state. Includes ionomers with various proton conductivity. The diffusion layers 33 and 34 are formed of a member having gas permeability and electron conductivity, and are formed of a porous carbon member such as carbon cloth or carbon paper.

[立壁部46の詳細構成]
図4は、立壁部46周辺を示したセパレータ37の部分拡大斜視図である。図5は、+Z方向側から見た立壁部46周辺を示したセパレータ37の部分拡大平面図である。図5は、立壁部46が突出した側からであって基部371の面に垂直な方向から見た平面図に相当する。図4及び図5では、縁372に沿って延びた立壁部46及び外周ビード44gの一部分を示している。
[Detailed configuration of the vertical wall portion 46]
FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of the separator 37 showing the periphery of the vertical wall portion 46. FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the separator 37 showing the periphery of the vertical wall portion 46 as viewed from the + Z direction side. FIG. 5 corresponds to a plan view seen from the side on which the vertical wall portion 46 protrudes and from a direction perpendicular to the surface of the base portion 371. 4 and 5 show a part of the vertical wall portion 46 and the outer peripheral bead 44 g extending along the edge 372.

立壁部46は、外周ビード44gの側部441に対向し、ジグザグ状に蛇行して+Y方向に沿って延びている。+Y方向は、第1方向の一例である。立壁部46は、振幅及び波長が一定で延びている。詳細には、立壁部46は、側部441に対向する側の複数の面461及び462を含む。面461は、+Y方向に進むにつれて側部441に接近する。面462は、+Y方向に進むにつれて側部441から離れる。面461及び462は、Y方向で交互に繰り返すように設けられている。 The vertical wall portion 46 faces the side portion 441 of the outer peripheral bead 44 g, meanders in a zigzag shape, and extends along the + Y direction. The + Y direction is an example of the first direction. The vertical wall portion 46 extends with a constant amplitude and wavelength. Specifically, the standing wall portion 46 includes a plurality of surfaces 461 and 462 on the side facing the side portion 441. The surface 461 approaches the side portion 441 as it advances in the + Y direction. The surface 462 separates from the side portion 441 as it advances in the + Y direction. The surfaces 461 and 462 are provided so as to alternate in the Y direction.

[本実施例での力の伝播方向]
燃料電池100は、セパレータ37や絶縁フレーム39、MEGA36等が積層されて、Z方向に圧縮荷重が作用するようにこれらの部材が締結される。セパレータ37の外周ビード44gにZ方向に圧縮荷重が作用すると、側部441には−X方向に広がるような力が作用し、換言すれば、基部371に対する側部441の傾斜角度が小さくなるように変形しようとする力が作用する。このような側部441の変形が生じる過程での力の伝播について概念的に説明する。図5には、外周ビード44gにZ方向に圧縮荷重が作用した際に力が伝播する方向P10〜P13、P12a、P20〜P23、及びP22aを示している。尚、方向P10〜P13と、方向P20〜P23とは、Y方向に離れた位置に作用する力の伝播経路の代表例として示している。また、方向P10〜P13及びP20〜23は、平面視で−X方向に一致している。
[Force propagation direction in this embodiment]
In the fuel cell 100, a separator 37, an insulating frame 39, a MEGA 36, and the like are laminated, and these members are fastened so that a compressive load acts in the Z direction. When a compressive load acts on the outer peripheral bead 44g of the separator 37 in the Z direction, a force that spreads in the −X direction acts on the side portion 441, in other words, the inclination angle of the side portion 441 with respect to the base portion 371 becomes smaller. A force that tries to deform acts on it. The propagation of force in the process of such deformation of the side portion 441 will be conceptually described. FIG. 5 shows the directions P10 to P13, P12a, P20 to P23, and P22a in which the force propagates when a compressive load is applied to the outer peripheral bead 44 g in the Z direction. The directions P10 to P13 and the directions P20 to P23 are shown as typical examples of the propagation paths of the forces acting at positions separated in the Y direction. Further, the directions P10 to P13 and P20 to 23 coincide with the −X direction in a plan view.

外周ビード44gに圧縮荷重が作用してから微小時間の経過と共に、方向P10、P11、P12及びP12a、及びP13の順に力が伝播し、これらの伝播と同じタイミングで方向P20、P21、P22及びP22a、及びP23の順に力が伝播する。最初に、方向P10、P11、P12及びP12a、及びP13の順に伝播する力について説明する。外周ビード44gにZ方向の圧縮荷重が作用すると、力は側部441において方向P10に伝播する。次に、側部441から立壁部46まで間の基部371において、力は方向P10から方向P11に伝播する。次に、立壁部46の面461において、力は方向P11から方向P12に伝播すると共に方向P12aにも伝播する。方向P12aは、面461に沿ってこの面461に互いに対向するように隣接した面462側である。次に、鍔部48において、力は方向P12から方向P13に伝播する。 With the passage of a minute time after the compressive load acts on the outer bead 44 g, the force propagates in the order of directions P10, P11, P12 and P12a, and P13, and the directions P20, P21, P22 and P22a propagate at the same timing as these propagations. , And P23 in that order. First, the forces propagating in the directions P10, P11, P12 and P12a, and P13 will be described. When a compressive load in the Z direction acts on the outer bead 44 g, the force propagates in the direction P10 at the side portion 441. Next, at the base portion 371 between the side portion 441 and the standing wall portion 46, the force propagates from the direction P10 to the direction P11. Next, on the surface 461 of the vertical wall portion 46, the force propagates from the direction P11 to the direction P12 and also propagates to the direction P12a. The direction P12a is the side of the surface 462 that is adjacent to the surface 461 along the surface 461 so as to face each other. Next, at the collar 48, the force propagates from the direction P12 to the direction P13.

次に、方向P20、P21、P22及びP22a、及びP23の順に伝播する力について説明する。外周ビード44gにZ方向の圧縮荷重が作用すると、力は側部441において方向P20に伝播する。次に、側部441から立壁部46まで間の基部371において、力は方向P20から方向P21に伝播する。次に、立壁部46の面461において、力は方向P21から方向P22に伝播すると共に方向P22aにも伝播する。方向P22aは、面462に沿ってこの面462に互いに対向するように隣接した面461側である。次に、鍔部48において、力は方向P22から方向P23に伝播する。 Next, the forces propagating in the directions P20, P21, P22 and P22a, and P23 will be described. When a compressive load in the Z direction acts on the outer bead 44 g, the force propagates in the direction P20 at the side portion 441. Next, at the base portion 371 between the side portion 441 and the standing wall portion 46, the force propagates from the direction P20 to the direction P21. Next, on the surface 461 of the vertical wall portion 46, the force propagates from the direction P21 to the direction P22 and also propagates to the direction P22a. The direction P22a is the side of the surface 461 adjacent to the surface 462 along the surface 462 so as to face each other. Next, at the collar 48, the force propagates from the direction P22 to the direction P23.

ここで方向P12a及びP22aは、互いに向き合っている。このため、方向P12aに伝播する力の一部と、方向P22aに伝播する力の一部とは相殺される。詳細には、方向P12aに伝播する力のY方向成分と、方向P22aに伝播する力のY方向成分とが相殺される。この結果、面461で方向P12に伝播する力と面462で方向P22に伝播する力とは低減されている。従って、方向P13及びP23のそれぞれに伝播する力も低減される。このように、側部441から縁372にまで伝播する力が最終的には低減される。即ち、外周ビード44gのZ方向に圧縮荷重が作用した際に、側部441の変形が抑制される。 Here, the directions P12a and P22a face each other. Therefore, a part of the force propagating in the direction P12a and a part of the force propagating in the direction P22a cancel each other out. Specifically, the Y-direction component of the force propagating in the direction P12a and the Y-direction component of the force propagating in the direction P22a cancel each other out. As a result, the force propagating in the direction P12 on the surface 461 and the force propagating in the direction P22 on the surface 462 are reduced. Therefore, the force propagating in each of the directions P13 and P23 is also reduced. In this way, the force propagating from the side 441 to the edge 372 is ultimately reduced. That is, when a compressive load is applied to the outer peripheral bead 44 g in the Z direction, the deformation of the side portion 441 is suppressed.

[比較例]
次に比較例について説明する。尚、比較例について、本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6及び図7は、比較例のセパレータ37xの説明図である。図6及び図7は、それぞれ図4及び図5に対応している。セパレータ37xの立壁部46xは、Y方向に沿って直線状に延びている。
[Comparison example]
Next, a comparative example will be described. In the comparative example, the same components as those in the present embodiment are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted. 6 and 7 are explanatory views of the separator 37x of the comparative example. 6 and 7 correspond to FIGS. 4 and 5, respectively. The vertical wall portion 46x of the separator 37x extends linearly along the Y direction.

図7にも、図5と同様に力が伝播する方向P10〜P13、及びP20〜P23を示している。比較例では、立壁部46xでは、方向P12及びP22に力が伝播し、本実施例のように方向P12a及びP22aには力が伝播しない。立壁部46xは、Y方向に平行に延びているからである。従って、比較例では本実施例のように伝播する力の一部が相殺されずに、立壁部46xにおいて方向P12に伝播する力は、本実施例の立壁部46の面461において方向P12に伝播する力よりも大きく、同様に、立壁部46xにおいて方向P22に伝播する力は、本実施例の立壁部46の面462において方向P22に伝播する力よりも大きい。従って、比較例での鍔部48において方向P13及びP23に伝播するそれぞれの力は、本実施例での鍔部48において方向P13及びP23に伝播するそれぞれの力よりも大きい。 FIG. 7 also shows the directions P10 to P13 and P20 to P23 in which the force propagates as in FIG. In the comparative example, in the vertical wall portion 46x, the force propagates in the directions P12 and P22, and the force does not propagate in the directions P12a and P22a as in this embodiment. This is because the vertical wall portion 46x extends parallel to the Y direction. Therefore, in the comparative example, a part of the propagating force is not offset as in the present embodiment, and the force propagating in the direction P12 at the vertical wall portion 46x propagates in the direction P12 on the surface 461 of the vertical wall portion 46 of the present embodiment. Similarly, the force propagating in the direction P22 at the standing wall portion 46x is larger than the force propagating in the direction P22 on the surface 462 of the standing wall portion 46 of the present embodiment. Therefore, the respective forces propagating in the directions P13 and P23 at the collar 48 in the comparative example are larger than the respective forces propagating in the directions P13 and P23 at the collar 48 in this embodiment.

このように比較例では、側部441から縁372に至るまで大きな力が伝播するため、側部441の変形量が大きくなる可能性がある。このため、圧縮荷重に対して側部441が容易に変形して、上述したガスケット70を介しての外周ビード44gの頂部443と絶縁フレーム39との間のシール性が低下する可能性がある。本実施例では、外周ビード44gのZ方向に圧縮荷重が作用した際の側部441の変形が抑制されているため、シール性が向上している。 As described above, in the comparative example, since a large force propagates from the side portion 441 to the edge 372, the amount of deformation of the side portion 441 may increase. Therefore, the side portion 441 may be easily deformed with respect to the compressive load, and the sealing property between the top portion 443 of the outer peripheral bead 44g and the insulating frame 39 via the gasket 70 described above may be deteriorated. In this embodiment, the deformation of the side portion 441 when a compressive load is applied to the outer peripheral bead 44 g in the Z direction is suppressed, so that the sealing property is improved.

尚、外周ビード44gにZ方向に圧縮荷重が作用した際には、側部442には+X方向に力が作用する。ここで、図3に示したように、セパレータ37の中央部には複数の流路リブ42が形成されており、側部442は、複数の流路リブ42側に設けられている。この複数の流路リブ42により、セパレータ37の中央部は縁372側よりも剛性が確保されている。ここで、セパレータ37の外周ビード44gにZ方向の圧縮荷重が作用する際には、実際には外周ビード44gのみならず、複数の流路リブ42にもZ方向の圧縮荷重が作用する。このため、剛性が確保された複数の流路リブ42に対向した側部442に作用する圧縮荷重は、縁372に対向した側部441に作用する圧縮荷重よりも小さいと考えられる。このため、側部442の変形は抑制されており、シール性が確保されている。 When a compressive load acts on the outer peripheral bead 44 g in the Z direction, a force acts on the side portion 442 in the + X direction. Here, as shown in FIG. 3, a plurality of flow path ribs 42 are formed in the central portion of the separator 37, and the side portions 442 are provided on the side of the plurality of flow path ribs 42. Due to the plurality of flow path ribs 42, the central portion of the separator 37 is more rigid than the edge 372 side. Here, when the compressive load in the Z direction acts on the outer peripheral bead 44 g of the separator 37, the compressive load in the Z direction actually acts not only on the outer peripheral bead 44 g but also on the plurality of flow path ribs 42. Therefore, it is considered that the compressive load acting on the side portion 442 facing the plurality of flow path ribs 42 whose rigidity is ensured is smaller than the compressive load acting on the side portion 441 facing the edge 372. Therefore, the deformation of the side portion 442 is suppressed, and the sealing property is ensured.

また、図2に示すように、立壁部46は、縁372のみならず、縁373〜375にも沿うように設けられている。このため、マニホールドビード44e及び44fのシール性も確保されている。また、図3に示すように、セパレータ38にも立壁部47が設けられており、立壁部47も立壁部46と同様に蛇行している。このため、外周ビード45gの側部451の変形量が抑制され、外周ビード45gのシール性が向上している。 Further, as shown in FIG. 2, the standing wall portion 46 is provided along not only the edge 372 but also the edges 373 to 375. Therefore, the sealing performance of the manifold beads 44e and 44f is also ensured. Further, as shown in FIG. 3, the separator 38 is also provided with a vertical wall portion 47, and the vertical wall portion 47 also meanders like the vertical wall portion 46. Therefore, the amount of deformation of the side portion 451 of the outer peripheral bead 45 g is suppressed, and the sealing property of the outer peripheral bead 45 g is improved.

立壁部46は、振幅及び波長が一定でジグザグ状に蛇行しているが、これに限定されず、振幅が途中で変化したジグザグ状であってもよいし、波長が途中で変化したジグザグ状であってもよい。立壁部47についても同様である。 The vertical wall portion 46 has a constant amplitude and wavelength and meanders in a zigzag shape, but the present invention is not limited to this, and the standing wall portion 46 may have a zigzag shape in which the amplitude changes in the middle, or a zigzag shape in which the wavelength changes in the middle. There may be. The same applies to the vertical wall portion 47.

[第1変形例]
次に複数の変形例に係るセパレータについて説明する。図8は、第1変形例であるセパレータ37aの部分拡大平面図である。図8は、図4に対応している。セパレータ37aの立壁部46aは、波状に蛇行しながらY方向に沿って延びている。詳細には、立壁部46a、振幅及び波長が略一定で波状に延びている。「波状」とは、正弦波のような滑らかに湾曲した形状を意味する。詳細には、立壁部46aは、側部441に対向する側の複数の面461a及び462aを含む。面461aは、+Y方向に進むにつれて側部441に接近する。面462aは、+Y方向に進むにつれて側部441から離れる。面461a及び462aは、Y方向で交互に繰り返すように設けられている。
[First modification]
Next, separators related to a plurality of modified examples will be described. FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the separator 37a, which is a first modification. FIG. 8 corresponds to FIG. The vertical wall portion 46a of the separator 37a extends along the Y direction while meandering in a wavy shape. Specifically, the standing wall portion 46a, the amplitude and the wavelength are substantially constant and extend in a wavy shape. "Wavy" means a smoothly curved shape such as a sine wave. Specifically, the standing wall portion 46a includes a plurality of surfaces 461a and 462a on the side facing the side portion 441. The surface 461a approaches the side portion 441 as it advances in the + Y direction. The surface 462a separates from the side portion 441 as it advances in the + Y direction. The surfaces 461a and 462a are provided so as to alternately repeat in the Y direction.

第1変形例においても、図5に示した本実施例と同様に外周ビード44gにZ方向に圧縮荷重が作用した際に、互いに対向する面461a及び462aのそれぞれに伝播する力の一部が相殺されるため、側部441の変形が抑制され、シール性が確保されている。 Also in the first modified example, when a compressive load is applied to the outer peripheral bead 44 g in the Z direction as in the present embodiment shown in FIG. 5, a part of the force propagating to each of the surfaces 461a and 462a facing each other is partially generated. Since they are offset, the deformation of the side portion 441 is suppressed and the sealing property is ensured.

[第2変形例]
図9は、第2変形例であるセパレータ37bの部分拡大平面図である。図9は、図4に対応している。セパレータ37bの外周ビード44gbは、波状に蛇行して延びている。外周ビード44gbの側部441b及び442b、頂部443bの何れも蛇行している。このように外周ビード44gbが蛇行しているため、剛性が確保されており、外周ビード44gbにZ方向の圧縮荷重が作用した際の反力が確保されている。このように、剛性が確保されている外周ビード44gbに沿って立壁部46が設けられているため、外周ビード44gbのシール性は更に向上している。尚、外周ビード44gbは、ジグザグ状に蛇行していてもよい。
[Second modification]
FIG. 9 is a partially enlarged plan view of the separator 37b, which is a second modification. FIG. 9 corresponds to FIG. The outer peripheral bead 44 gb of the separator 37b meanders and extends in a wavy shape. All of the side portions 441b and 442b and the top portion 443b of the outer peripheral bead 44gb meander. Since the outer peripheral bead 44 gb meanders in this way, rigidity is ensured, and a reaction force when a compressive load in the Z direction acts on the outer bead 44 gb is secured. As described above, since the standing wall portion 46 is provided along the outer peripheral bead 44 gb where the rigidity is ensured, the sealing property of the outer peripheral bead 44 gb is further improved. The outer peripheral bead 44 gb may meander in a zigzag shape.

[第3変形例]
図10は、第3変形例であるセパレータ37cの部分拡大平面図である。図10は、図4に対応している。セパレータ37cには、立壁部46に連続した鍔部48は設けられていない。従って、立壁部46のみが+Z方向に向けて立ち上がっており、セパレータ37cの縁372cは立壁部46の縁に相当し、+Z方向側を向いている。このようにセパレータ37cでは、XY平面方向に延びた鍔部48は設けられていないため、セパレータ37cのXY平面方向の大きさが抑制されている。また、上述した本実施例と同様に互いに対向する面461及び462のそれぞれに伝播する力の一部が相殺されるため、側部441の変形が抑制されて、シール性が確保されている。
[Third variant]
FIG. 10 is a partially enlarged plan view of the separator 37c, which is a third modification. FIG. 10 corresponds to FIG. The separator 37c is not provided with a flange portion 48 continuous with the standing wall portion 46. Therefore, only the standing wall portion 46 stands up in the + Z direction, and the edge 372c of the separator 37c corresponds to the edge of the standing wall portion 46 and faces the + Z direction side. As described above, since the separator 37c is not provided with the flange portion 48 extending in the XY plane direction, the size of the separator 37c in the XY plane direction is suppressed. Further, as in the present embodiment described above, since a part of the force propagating to each of the surfaces 461 and 462 facing each other is canceled out, the deformation of the side portion 441 is suppressed and the sealing property is ensured.

セパレータ37cは、鍔部48が設けられていないため、上述したセパレータ37〜37bよりもXY平面方向での大きさが小型化されている。このため、セパレータ37cの材料費を抑制できる。 Since the separator 37c is not provided with the flange portion 48, the size of the separator 37c in the XY plane direction is smaller than that of the separators 37 to 37b described above. Therefore, the material cost of the separator 37c can be suppressed.

また、図3に示したセパレータ38についても、鍔部49が設けられていないように構成してもよい。このようなセパレータを用いることにより、単セルの積層方向に垂直な平面方向での大きさを抑制しつつ、シール性が確保された燃料電池スタックを製造できる。尚、第3変形例においても、立壁部46の代わりに波状の立壁部46aを採用してもよい。 Further, the separator 38 shown in FIG. 3 may also be configured so that the flange portion 49 is not provided. By using such a separator, it is possible to manufacture a fuel cell stack in which the sealing property is ensured while suppressing the size in the plane direction perpendicular to the stacking direction of the single cells. In addition, also in the 3rd modification, the wavy standing wall portion 46a may be adopted instead of the standing wall portion 46.

尚、セパレータ37cの立壁部46の縁に相当する縁372cが、このセパレータ37cに対向する絶縁フレーム39に接触しないように、立壁部46の基部371に対する傾斜角度やZ方向での高さを設定することが好ましい。 The inclination angle of the vertical wall portion 46 with respect to the base portion 371 and the height in the Z direction are set so that the edge 372c corresponding to the edge of the vertical wall portion 46 of the separator 37c does not come into contact with the insulating frame 39 facing the separator 37c. It is preferable to do so.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

100 燃料電池
37、37a、37b、37c アノードセパレータ(燃料電池用のセパレータ)
371 基部
372 縁
44 外周ビード(ビード)
46 立壁部
48 鍔部
100 Fuel cell 37, 37a, 37b, 37c Anode separator (separator for fuel cell)
371 Base 372 Edge 44 Outer bead (bead)
46 Standing wall 48 Collar

Claims (7)

平坦な基部と、
前記基部から一方側に突出して第1方向に沿って延びたビードと、
前記基部から前記一方側に立ち上がり、前記ビードに対向し、蛇行しながら前記第1方向に沿って延びた立壁部と、を備えている、燃料電池用のセパレータ。
With a flat base,
A bead that protrudes unilaterally from the base and extends along the first direction.
A separator for a fuel cell, comprising a standing wall portion that rises from the base portion to the one side, faces the bead, and extends along the first direction while meandering.
前記第1方向に沿って延びた外縁を備え、
前記立壁部は、前記ビードと前記外縁の間に位置する、請求項1の燃料電池用のセパレータ。
With an outer edge extending along the first direction
The separator for a fuel cell according to claim 1, wherein the standing wall portion is located between the bead and the outer edge.
前記立壁部は、前記第1方向に沿ってジグザグ状に延びている、請求項1又は2の燃料電池用のセパレータ。 The separator for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the standing wall portion extends in a zigzag shape along the first direction. 前記立壁部は、前記第1方向に沿って波状に延びている、請求項1又は2の燃料電池用のセパレータ。 The separator for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the standing wall portion extends in a wavy shape along the first direction. 前記立壁部から前記ビードとは反対側に突出した鍔部を備えた、請求項1乃至4の何れかの燃料電池用のセパレータ。 The separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flange portion protruding from the standing wall portion to the side opposite to the bead. 前記ビードは、前記第1方向に沿って直線状に延びている、請求項1乃至5の何れかの燃料電池用のセパレータ。 The separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the bead extends linearly along the first direction. 前記ビードは、前記第1方向に沿って蛇行しながら延びている、請求項1乃至5の何れかの燃料電池用のセパレータ。 The separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the bead extends while meandering along the first direction.
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