JP3257757B2 - Fuel cell separator - Google Patents

Fuel cell separator

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JP3257757B2
JP3257757B2 JP21753895A JP21753895A JP3257757B2 JP 3257757 B2 JP3257757 B2 JP 3257757B2 JP 21753895 A JP21753895 A JP 21753895A JP 21753895 A JP21753895 A JP 21753895A JP 3257757 B2 JP3257757 B2 JP 3257757B2
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敦 都留
信之 在間
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溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセパ
レータに係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池
用の平行流内部マニホールド型セパレータに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell separator for directly converting the chemical energy of fuel into electric energy, and more particularly to a parallel flow internal manifold type separator for a molten carbonate fuel cell. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池(図7A)は、薄
い平板状の電解質板(タイル)1を燃料極(アノード)
2と空気極(カソード)3の平板状の電極で挟んだ単セ
ル4と、導電性のバイポーラプレート(セパレータ)5
とからなる。セパレータ5は、単セル1では電圧が低い
(0.8V程度)ため、これを多段に積層した電池とす
るために用いられる。積層した電池をスタックと呼ぶ。
2. Description of the Related Art In a molten carbonate fuel cell (FIG. 7A), a thin flat electrolyte plate (tile) 1 is provided with a fuel electrode (anode).
2 and a single cell 4 sandwiched between flat electrodes of an air electrode (cathode) 3 and a conductive bipolar plate (separator) 5
Consists of Since the voltage of the separator 5 is low (about 0.8 V) in the single cell 1, the separator 5 is used to form a battery in which these are stacked in multiple stages. The stacked batteries are called a stack.

【0003】スタック内の各セルの両面への燃料ガス
(アノードガス)6と酸化ガス(カソードガス)7の供
給方式には、図7Bに示すように、直交流(a)と平行
流(並流(b)と向流(c))があるが、燃料電池のプ
ロセスガス(アノードガス、カソードガス)による冷
却、およびセパレータに生じる熱応力の点から平行流、
特に並流(b)が有利であると考えられている。
As shown in FIG. 7B, a fuel gas (anode gas) 6 and an oxidizing gas (cathode gas) 7 are supplied to both surfaces of each cell in the stack. Flow (b) and countercurrent (c)), but parallel flow in terms of cooling by the fuel cell process gas (anode gas, cathode gas) and thermal stress generated in the separator;
In particular, cocurrent (b) is considered to be advantageous.

【0004】更に、スタック内の各セルにプロセスガス
を供給する手段として、図7Cに示すように、スタック
の側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホール
ド方式(a)と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホー
ルド8を備え、このマニホールドを介して各セルにプロ
セスガスを供給する内部マニホールド方式(b)とがあ
るが、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響
を受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると
考えられている。
Further, as means for supplying the process gas to each cell in the stack, as shown in FIG. 7C, an external manifold system (a) for supplying the process gas directly from the side of the stack, and a through-hole perpendicular to the separator itself are used. There is an internal manifold system (b) that includes a manifold 8 and supplies a process gas to each cell via the manifold. However, the internal manifold system is not affected by a change in stack height or unevenness on the side surface of the stack. Is considered superior.

【0005】本発明はかかる平行流内部マニホールド型
セパレータに関するものである。
The present invention relates to such a parallel flow internal manifold type separator.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように燃料電
池用セパレータは、アノードガスとカソードガスを仕
切る仕切板、各セルを接続する電流コレクタ、各セ
ルにアノードガスとカソードガスをそれぞれ供給するガ
スマニホールド、等の複数の機能をになっており、
約700℃以上の高温に耐える耐熱性、腐食性の高い
溶融炭酸塩に耐える耐食性、溶融した炭酸塩を含む電
解質板(タイル)により、セパレータ間にウェットシー
ルを形成する平面精度と柔軟性、電池の内部抵抗を下
げる低い電気抵抗、等が要求される。これらの要求を満
たすため、燃料電池用セパレータは従来、精密な機械加
工により製作されていたが、発電コストの低減のため
に、燃料電池用セパレータの各構成部品をプレス加工で
成形することが要望されている。
As described above, the fuel cell separator comprises a partition plate for separating the anode gas and the cathode gas, a current collector for connecting each cell, and a gas for supplying the anode gas and the cathode gas to each cell. It has multiple functions such as manifold, etc.
Heat resistance to withstand high temperatures of about 700 ° C or higher, corrosion resistance to withstand highly corrosive molten carbonates, flatness and flexibility to form a wet seal between separators with electrolyte plates (tiles) containing molten carbonate, batteries Low electrical resistance, etc., which lowers the internal resistance of the device. To meet these demands, fuel cell separators have conventionally been manufactured by precision machining.However, in order to reduce power generation costs, it is necessary to form each component of the fuel cell separator by pressing. Have been.

【0007】しかし、プレス加工によるセパレータの流
路(反応部)は、通常、図7に示すような連続した波形
になるため、このセパレータを用いて積層電池(スタッ
ク)を構成すると、セル4を上下から同一箇所で支持で
きない問題点があった。すなわち、プレス加工による波
形部分は、山と谷の位置が各セパレータで一致するた
め、山の頂点でセル4を水平に支持しその中間位置の谷
部で押し付けて挟むことになる。そのため、使用状態で
非常に脆くなっているセル4(アノード、カソード、タ
イル)に曲げ力が作用し、これらに亀裂を生じさせるお
それがあった。
However, since the flow path (reaction portion) of the separator formed by press working usually has a continuous waveform as shown in FIG. 7, if a laminated battery (stack) is formed using this separator, the cell 4 is There was a problem that it could not be supported at the same place from above and below. That is, in the corrugated portion formed by the press working, since the positions of the peaks and the valleys coincide with each other, the cell 4 is horizontally supported at the apex of the peak, and is pressed and sandwiched at the valley at the intermediate position. For this reason, a bending force acts on the cells 4 (anode, cathode, and tile) that are extremely brittle in a use state, and there is a possibility that cracks may occur in these cells.

【0008】この問題を解決するため、例えば、波形
の異なる2種のセパレータを準備する、1セル毎にセ
パレータを裏返す、等の手段も考えられるが、の手段
を実施するには、プレス加工用の金型を2組製造する必
要があり、金型製作に非常に費用がかかるばかりでな
く、2組の金型による成形形状を一致させることが実質
的に不可能である(成形精度は±0.1mm程度が要求
される)。また、の手段は、燃料電池の耐食性向上の
ため、アノード側とカソード側で異なる材料を用いる必
要があり、セパレータを裏返して使用できない問題点が
あった。
In order to solve this problem, for example, a method of preparing two types of separators having different waveforms and turning over the separator for each cell may be considered. It is necessary to manufacture two sets of molds, not only is it very expensive to manufacture the molds, but it is virtually impossible to match the molding shapes of the two sets of molds (molding accuracy is ± About 0.1 mm is required). In order to improve the corrosion resistance of the fuel cell, it is necessary to use different materials on the anode side and the cathode side, and there is a problem that the separator cannot be used upside down.

【0009】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち本発明の目的は、電池反
応を行うセル全面を上下から同一箇所で支持することが
でき、かつプレス加工により大量生産が可能で大幅なコ
ストダウンができる燃料電池用セパレータを提供するこ
とにある。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a fuel cell separator that can support the entire surface of a cell that performs a cell reaction from above and below at the same place, and that can be mass-produced by press working and that can significantly reduce cost. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、それぞ
れほぼ矩形平板状のカソードマスク(11)、カソード
コレクタ(12)、センタープレート(13)、アノー
ドコレクタ(14)、及びアノードマスク(15)を構
成部品とし、これらが順次積層された燃料電池用セパレ
ータ(10)であって、前記各構成部品は、対向する2
辺に沿ってそれぞれ複数のカソードガス用貫通孔(1
6)とアノードガス用貫通孔(17)を有し、該各ガス
用貫通孔(16,17)は、セパレータ(10)を入口
側と出口側を交互に反転して各ガス用貫通孔(16,1
7)を同一位置に積層できるように、ガスの入口側と出
口側で同一位置に設けられており、カソードマスク(1
1)とアノードマスク(15)は、中央部にそれぞれ電
極を収容する開口(11a,15a)を有し、カソード
コレクタ(12)とアノードコレクタ(14)は、少な
くとも前記開口(11a,15a)に対応する位置に多
数の貫通孔を有し、センタープレート(13)は、アノ
ード及びカソードを支持する複数の電極凹凸部(13
a)と、カソードマスク(11)及びアノードマスク
(15)を支持する複数のマスク凹凸部(13b)とを
有し、各電極凹凸部(13a)は、入口側から出口側に
流れるガスの流れに直交する方向に延びる複数の波形
A,B,C,Dにプレス成形され、かつこの複数の波形
A,B,C,Dは、ガスの入口側から出口側に交互に山
谷が反転して位置決めされており、前記センタープレー
ト(13)、アノードマスク(15)、及びカソードマ
スク(11)のセパレータ外周部と、センタープレート
(13)及びカソードマスク(11)のアノードガス用
貫通孔(17)の内端部と、センタープレート(13)
及びアノードマスク(14)のカソードガス用貫通孔
(16)の内端部が、それぞれ互いに気密に連結されて
いる、ことを特徴とする燃料電池用セパレータが提供さ
れる。
According to the present invention, a cathode mask (11), a cathode collector (12), a center plate (13), an anode collector (14), and an anode mask (15) each having a substantially rectangular flat plate shape are provided. ) Is a component, and these are sequentially laminated fuel cell separators (10).
A plurality of cathode gas through holes (1
6) and an anode gas through-hole (17), each of which has a separator (10) inlet.
Side and the outlet side are alternately reversed so that each gas through hole (16, 1
7) are provided at the same position on the gas inlet side and the gas outlet side so that the cathode mask (1 ) can be stacked at the same position.
1) and the anode mask (15) have openings (11a, 15a) for accommodating electrodes in the center, respectively. The cathode collector (12) and the anode collector (14) have at least the openings (11a, 15a). The center plate (13) has a large number of through holes at corresponding positions, and the center plate (13) has a plurality of electrode irregularities (13) supporting the anode and the cathode.
a), and a plurality of mask irregularities (13b) supporting the cathode mask (11) and the anode mask (15), and each electrode irregularity (13a) is moved from the entrance side to the exit side.
A plurality of waveforms A, B, C, D extending in the transverse direction orthogonal to the flowing gas flow are press-formed, and the plurality of waveforms A, B, C, D are alternately formed from the gas inlet side to the gas outlet side. The peaks and valleys are positioned in an inverted manner, and the outer peripheral portions of the center plate (13), the anode mask (15) and the cathode mask (11) and the anode gas of the center plate (13) and the cathode mask (11). Inner end of through hole (17) and center plate (13)
And an inner end of the cathode gas through-hole (16) of the anode mask (14) is hermetically connected to each other, thereby providing a fuel cell separator.

【0011】本発明の構成によれば、それぞれほぼ矩形
平板状のカソードマスク(11)、カソードコレクタ
(12)、センタープレート(13)、アノードコレク
タ(14)、及びアノードマスク(15)の5枚の構成
部品を溶接等で連結するだけで、セパレータ(10)を
完成させることができ、組立に要する費用と時間を大幅
に削減することができる。
According to the structure of the present invention, five plates each of a cathode mask (11), a cathode collector (12), a center plate (13), an anode collector (14) and an anode mask (15) each having a substantially rectangular flat plate shape are provided. The separator (10) can be completed simply by connecting the components described above by welding or the like, and the cost and time required for assembly can be significantly reduced.

【0012】また、電極凹凸部(13a)とマスク凹凸
部(13b)とを有するセンタープレート(13)は、
可撓性の高い薄板をプレス加工することにより容易に成
形することができるので、柔軟性を保持し、平面精度を
高めることができ、かつ生産性が高く大量生産が可能で
大幅なコストダウンができる。
The center plate (13) having the electrode irregularities (13a) and the mask irregularities (13b)
It can be easily formed by pressing a highly flexible thin plate, so that flexibility can be maintained, planar accuracy can be increased, and productivity is high, mass production is possible and significant cost reduction is possible. it can.

【0013】更に、各ガス用貫通孔(16,17)は、
セパレータ(10)を入口側と出口側を交互に反転して
各ガス用貫通孔(16,17)を同一位置に積層できる
ように、ガスの入口側と出口側で同一位置に設けられて
おり、各電極凹凸部(13a)は、入口側から出口側に
流れるガスの流れに直交する方向に延びる複数の波形
A,B,C,Dにプレス成形され、かつこの複数の波形
A,B,C,Dは、ガスの入口側から出口側に交互に山
谷が反転して位置決めされているので、セパレータ(1
0)を入口側と出口側を交互に反転して積層してスタッ
クを構成することにより、内部マニホールド(8a,8
b)の位置がズレることなく、そのままスタックを構成
することができ、かつその間に電池反応を行うセル全面
を上下から同一箇所で支持することができる。
Further, each gas through hole (16, 17) is
Invert the separator (10) alternately on the inlet side and the outlet side
Each gas through hole (16, 17) can be laminated at the same position
Thus, the gas inlet and outlet sides are provided at the same position, and each electrode uneven portion (13a) is provided from the inlet side to the outlet side.
A plurality of waveforms A, B, C, D extending in the transverse direction orthogonal to the flowing gas flow are press-formed, and the plurality of waveforms A, B, C, D are alternately formed from the gas inlet side to the gas outlet side. Since the valleys are positioned upside down, the separator (1
0) are alternately reversed on the inlet side and the outlet side to form a stack, thereby forming the internal manifold (8a, 8).
The stack can be formed as it is without shifting the position of b), and the whole surface of the cell where the battery reaction is performed can be supported at the same place from above and below.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図1は、本発明によるセパレータのカソード側平面
図であり、図2は図1のセパレータの分解図、図3はセ
パレータを構成するセンタープレートのカソード側平面
図である。なお、これらの図において、上側がカソード
側であり、下側がアノード側であるが、本発明はこれに
限られるものではなく、上側がアノード側で下側がカソ
ード側であっても良い。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 1 is a cathode side plan view of a separator according to the present invention, FIG. 2 is an exploded view of the separator of FIG. 1, and FIG. 3 is a cathode side plan view of a center plate constituting the separator. In these figures, the upper side is the cathode side and the lower side is the anode side, but the present invention is not limited to this, and the upper side may be the anode side and the lower side may be the cathode side.

【0015】図1において、本発明によるセパレータ1
0は、平行流内部マニホールド型セパレータであり、セ
パレータの両面中央部分にカソード3(及びアノード
2)を嵌め込む凹部分があり、図で上下部分にはセパレ
ータを貫通するアノードマニホールド8aとカソードマ
ニホールド8bが設けられている。本発明のセパレータ
10は、セパレータ10を入口側と出口側を交互に反転
して積層できるように、後述する流路を除きガスの入口
側と出口側が対称に形成されている。また、アノードマ
ニホールド8aとカソードマニホールド8bも、入口側
と出口側で同一位置に設けられている。従って、この図
において以下の説明上、上部のマニホールドを入口側、
下部のマニホールドを出口側と呼ぶが、この図の上下を
反転し、下部のマニホールドを入口側、上部のマニホー
ルドを出口側とすることもできる。なお、ガスの流れ
は、両方のガスが同一方向に流れてもよく或いは対向し
て流れてもよい。
Referring to FIG. 1, a separator 1 according to the present invention
Reference numeral 0 denotes a parallel flow internal manifold type separator having a concave portion in which the cathode 3 (and the anode 2) is fitted in both center portions of both surfaces of the separator. Is provided. In the separator 10 of the present invention, the gas inlet side and the gas outlet side are formed symmetrically except for a flow path which will be described later, so that the separator 10 can be stacked with the inlet side and the outlet side alternately reversed. Further, the anode manifold 8a and the cathode manifold 8b are provided at the same position on the inlet side and the outlet side. Therefore, in this figure, for the following description, the upper manifold is set to the inlet side,
The lower manifold is referred to as an outlet side. However, the lower manifold may be turned upside down, and the lower manifold may be an inlet side and the upper manifold may be an outlet side. In addition, as for the gas flow, both gases may flow in the same direction or may flow in opposition.

【0016】図2に示すように、本発明のセパレータ1
0は、それぞれほぼ矩形平板状のカソードマスク11、
カソードコレクタ12、センタープレート13、アノー
ドコレクタ14、及びアノードマスク15を構成部品と
し、これらが順次積層されて構成されている。また、各
構成部品11,12,13,14,15は、対向する2
辺(図で上下の辺)に沿ってそれぞれ複数のカソードガ
ス用貫通孔16とアノードガス用貫通孔17を有する。
この図において、カソードガス用貫通孔16は、上下の
2辺にそれぞれ4つづつ設けられた大きい方の丸孔であ
り、アノードガス用貫通孔17は同様にそれぞれ2つづ
つ設けられた小さい方の丸孔である。なお、ガス用貫通
孔16,17の配列はこの図に限定されず、自由に設定
することができる。
As shown in FIG. 2, the separator 1 of the present invention
0 is a cathode mask 11 having a substantially rectangular flat plate shape,
The cathode collector 12, the center plate 13, the anode collector 14, and the anode mask 15 are used as constituent components, and are sequentially laminated. Further, each of the constituent parts 11, 12, 13, 14, and 15 is
A plurality of cathode gas through holes 16 and anode gas through holes 17 are provided along the sides (upper and lower sides in the figure).
In this figure, the cathode gas through-holes 16 are larger round holes provided in the upper and lower two sides, each of which is four, and the anode gas through-holes 17 are similarly provided in the two smaller sides. It is a round hole. Note that the arrangement of the gas through holes 16 and 17 is not limited to this figure, and can be set freely.

【0017】更に、複数のカソードガス用貫通孔16と
アノードガス用貫通孔17は、セパレータ10を入口側
と出口側を交互に反転して積層できるように、入口側と
出口側で同一位置に設けられている。
Further, the plurality of cathode gas through holes 16 and the plurality of anode gas through holes 17 are located at the same position on the inlet side and the outlet side so that the separator 10 can be alternately stacked on the inlet side and the outlet side. Is provided.

【0018】また図2において、カソードマスク11と
アノードマスク15は、中央部にそれぞれ電極を収容す
る開口11a,15aを有し、この部分にカソード3及
びアノード2をそれぞれ嵌め込むようになっている。ま
た、カソードコレクタ12とアノードコレクタ14は、
少なくとも開口11a,15aに対応する位置に多数の
貫通孔を有し、マニホールド8a,8b(図1参照)か
らセンタープレート13の両面に供給されたプロセスガ
スを開口11a,15aに位置するカソード3及びアノ
ード2に供給するようになっている。
In FIG. 2, the cathode mask 11 and the anode mask 15 have openings 11a and 15a for accommodating electrodes in the center, respectively, and the cathode 3 and the anode 2 are fitted into these portions, respectively. . Further, the cathode collector 12 and the anode collector 14
A plurality of through holes are provided at least at positions corresponding to the openings 11a and 15a, and the process gas supplied to both surfaces of the center plate 13 from the manifolds 8a and 8b (see FIG. 1) is supplied to the cathode 3 located at the openings 11a and 15a and The power is supplied to the anode 2.

【0019】図3に示すように、センタープレート13
は、プレス加工により成形されたアノード及びカソード
を支持する偶数(この図で4つ)の電極凹凸部13a
と、カソードマスク11及びアノードマスク15を支持
する2つのマスク凹凸部13bとを有する。電極凹凸部
13aは、入口側から出口側に流れるガスの流れ(上か
ら下)に直交する方向(横方向)に延びる複数の波形に
プレス成形されており、これによって、電極を支持しそ
の表面に沿ってガスが流れる流路が形成されている。ま
た、マスク凹凸部13bは、各ガス用貫通孔16,17
の周囲に放射状に設けられた凹凸部と、開口11a,1
5aのガス流出部に設けられた凹凸部からなる。この構
成により、上側のガス用貫通孔16,17から下側のガ
ス用貫通孔16,17に各プロセスガスを流し、カソー
ドコレクタ12とアノードコレクタ14の貫通孔を通し
てプロセスガスを開口11a,15aに位置するカソー
ド3及びアノード2に供給することができる。
As shown in FIG.
Are the even (four in this figure) electrode irregularities 13a that support the anode and cathode formed by pressing.
And two mask concavities and convexities 13b supporting the cathode mask 11 and the anode mask 15. The electrode concavo-convex portion 13a is press-formed into a plurality of waveforms extending in a direction (lateral direction) orthogonal to the flow (top to bottom) of the gas flowing from the inlet side to the outlet side, thereby supporting the electrode and supporting its surface. A flow path along which gas flows is formed. In addition, the mask concave / convex portions 13b are provided with the gas through holes 16 and 17 respectively.
Irregularities radially provided around the periphery of the opening 11a, 1
5a comprises an uneven portion provided at the gas outflow portion. With this configuration, each process gas flows from the upper gas through holes 16 and 17 to the lower gas through holes 16 and 17, and the process gas flows through the through holes of the cathode collector 12 and the anode collector 14 to the openings 11 a and 15 a. It can be supplied to the located cathode 3 and anode 2.

【0020】更に、各電極凹凸部13aは、セパレータ
10を入口側と出口側を交互に反転して積層した場合
に、その間にセルを上下から同一箇所で支持するよう
に、波形が位置決めされている。すなわち、この図にお
いて、各電極凹凸部13aを、上からA,B,C,Dと
すると、A,B,C,Dの波形は、ガスの入口側から出
口側に交互に山谷が反転して位置決めされている。
Further, when the separators 10 are alternately inverted and stacked on the inlet side and the outlet side, the corrugated portions 13a of the respective electrodes are positioned so that the cells are supported at the same position from above and below. I have. That is, in this figure, assuming that the electrode uneven portions 13a are A, B, C, and D from above, the waveforms of A, B, C, and D are alternately inverted from the gas inlet side to the gas outlet side. Is positioned.

【0021】図4(A)(B)は、それぞれ図1のA断
面図とB断面図であり、A断面図は、図3のA部に相当
し、B断面図は図3のD部に相当する。また、図5は、
本発明によるセパレータの使用状態を示す断面図であ
り、セパレータ10を入口側と出口側を交互に反転して
積層してスタック(積層電池)を構成した際の、図3の
A部とD部に挟まれたセル4(上がA部、下がD部)を
示している。
FIGS. 4A and 4B are a sectional view taken along the line A and a sectional view B in FIG. 1, respectively. The sectional view A corresponds to the portion A in FIG. 3, and the sectional view B corresponds to the portion D in FIG. Is equivalent to Also, FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a usage state of the separator according to the present invention, and illustrates a portion A and a portion D in FIG. 3 when a stack (laminated battery) is formed by stacking separators 10 with the inlet side and the outlet side alternately inverted and stacked. Shows the cell 4 (A part above, D part below).

【0022】図4及び図5から明らかなように、カソー
ド3及びアノード2を支持する電極凹凸部13aのA,
D部の波形が、上述したように、山谷が反転して位置決
めされているので、Aが谷の位置で、Dが山となり、図
5のようにセパレータの上下面をそのままにして、セパ
レータ10を入口側と出口側を交互に反転して積層する
と、上がA部、下がD部の場合、図5に矢印で示すよう
に、A部の谷とD部の山でセルを挟持することになり、
かつA部とD部の山谷が反転しているので、セルの各部
分を上下から同一箇所で支持することができる。同様
に、B,Cの位置でも、Bの山とCの谷が一致し、セル
の各部分を上下から同一箇所で支持することができ、結
果として、電池反応を行うセル全面を上下から同一箇所
で支持することができる。
As is apparent from FIGS. 4 and 5, A, A of the electrode uneven portion 13a supporting the cathode 3 and the anode 2 are shown.
As described above, since the peaks and valleys of the waveform of the portion D are inverted, the peaks and valleys are inverted, and the peaks and valleys are set at A, and the upper and lower surfaces of the separator are left as shown in FIG. If the inlet side and the outlet side are alternately reversed, the upper part is the part A and the lower part is the D part. As shown by arrows in FIG. 5, the cell is sandwiched between the valley of the A part and the peak of the D part. That means
Further, since the peaks and valleys of the portion A and the portion D are inverted, each portion of the cell can be supported at the same position from above and below. Similarly, at the positions of B and C, the ridge of B and the valley of C coincide with each other, and each part of the cell can be supported at the same place from above and below. Can be supported at a point.

【0023】図6(A)(B)は、図1のC断面図とD
断面図である。この図に示すように、センタープレート
13、アノードマスク15、及びカソードマスク11の
セパレータ外周部(図5のA部)と、センタープレート
13及びカソードマスク11のアノードガス用貫通孔1
7の内端部(図5のB部)と、センタープレート13及
びアノードマスク14のカソードガス用貫通孔16の内
端部(図5のC部)が、それぞれ互いに気密に連結され
ている。これらの連結は、任意の手段、例えば、溶接、
ロウ付け、接着、カシメ等によるのが良い。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views of FIGS.
It is sectional drawing. As shown in this figure, the center plate 13, the anode mask 15, the outer peripheral portion of the separator of the cathode mask 11 (part A in FIG. 5), and the center plate 13 and the anode gas through-hole 1 of the cathode mask 11.
The inner end portion (portion B in FIG. 5) and the inner end portion (portion C in FIG. 5) of the center plate 13 and the cathode gas through hole 16 of the anode mask 14 are air-tightly connected to each other. These connections can be made by any means, such as welding,
It is preferable to use brazing, bonding, caulking, or the like.

【0024】この構成により、カソードマニホールド8
bから供給されるカソードガスを、センタープレート1
3の上面とカソードマスク11の間に供給することがで
き、かつアノードマニホールド8aから供給されるアノ
ードガスを、センタープレート13の下面とアノードマ
スク15の間に供給することができる。また、センター
プレート13の上下面にそれぞれ供給されたカソードガ
スとアノードガスは、図1に示すように、センタープレ
ート13の電極凹凸部13a(図3参照)を下方に流
れ、カソードコレクタ12とアノードコレクタ14の貫
通孔を通して開口11a,15aに位置するカソード3
及びアノード2に達し、ここで反応して電気を発電す
る。また、未反応ガス及び反応生成物は、更に下方に流
れ、下側のマニホールド8a,8bからそれぞれ外部に
排出される。
With this configuration, the cathode manifold 8
b from the center plate 1
The anode gas supplied from the anode manifold 8 a can be supplied between the upper surface of the center plate 13 and the anode mask 15. As shown in FIG. 1, the cathode gas and the anode gas respectively supplied to the upper and lower surfaces of the center plate 13 flow downward through the electrode irregularities 13a (see FIG. 3) of the center plate 13, and the cathode collector 12 and the anode The cathode 3 located at the openings 11a and 15a through the through hole of the collector 14
And the anode 2 where it reacts to generate electricity. The unreacted gas and the reaction product flow further downward, and are discharged to the outside from the lower manifolds 8a and 8b, respectively.

【0025】上述したように、本発明の構成によれば、
それぞれほぼ矩形平板状のカソードマスク11、カソー
ドコレクタ12、センタープレート13、アノードコレ
クタ14、及びアノードマスク15の5枚の構成部品を
溶接等で連結するだけで、セパレータ10を完成させる
ことができ、組立に要する費用と時間を大幅に削減する
ことができる。
As described above, according to the configuration of the present invention,
The separator 10 can be completed by simply connecting the five components of the cathode mask 11, the cathode collector 12, the center plate 13, the anode collector 14, and the anode mask 15 each having a substantially rectangular flat plate shape by welding or the like, The cost and time required for assembly can be greatly reduced.

【0026】また、電極凹凸部13aとマスク凹凸部1
3bとを有するセンタープレート13は、可撓性の高い
薄板をプレス加工することにより容易に成形することが
できるので、柔軟性を保持し、平面精度を高めることが
でき、かつ生産性が高く大量生産が可能で大幅なコスト
ダウンができる。
The electrode irregularities 13a and the mask irregularities 1
3b can be easily formed by pressing a highly flexible thin plate, so that flexibility can be maintained, planar accuracy can be increased, and productivity is high and large quantities can be produced. Production is possible and significant cost reduction is possible.

【0027】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously changed without departing from the gist of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池用セ
パレータは、電池反応を行うセル全面を上下から同一箇
所で支持することができ、かつプレス加工により大量生
産が可能で大幅なコストダウンができる、等の優れた効
果を有する。
As described above, the fuel cell separator of the present invention can support the entire surface of a cell for performing a cell reaction at the same location from above and below, and can be mass-produced by press working, thereby significantly reducing cost. Has excellent effects such as

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるセパレータのカソード側平面図で
ある。
FIG. 1 is a cathode side plan view of a separator according to the present invention.

【図2】図1のセパレータの分解図である。FIG. 2 is an exploded view of the separator of FIG.

【図3】セパレータを構成するセンタープレートのカソ
ード側平面図である。
FIG. 3 is a plan view on the cathode side of a center plate constituting a separator.

【図4】図1のA断面図とB断面図である。4 is a sectional view taken along the line A and B in FIG.

【図5】本発明によるセパレータの使用状態を示す断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a usage state of the separator according to the present invention.

【図6】図1のC断面図とD断面図である。6 is a sectional view taken along the line C and D in FIG. 1;

【図7】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of a conventional molten carbonate fuel cell.

【図8】従来のプレス加工によるセパレータの模式図で
ある。
FIG. 8 is a schematic view of a separator formed by conventional press working.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解質板(タイル) 2 燃料極(アノード) 3 空気極(カソード) 4 単セル 5 バイポーラプレート(セパレータ) 6 燃料ガス(アノードガス) 7 酸化ガス(カソードガス) 8 マニホールド 8a アノードマニホールド 8b カソードマニホールド 9 アノードガス用開口 10 セパレータ 11 カソードマスク 11a 開口 12 カソードコレクタ 13 センタープレート 13a 電極凹凸部 13b マスク凹凸部 14 アノードコレクタ 15 アノードマスク 15a 開口 16 カソードガス用貫通孔 17 アノードガス用貫通孔 Reference Signs List 1 electrolyte plate (tile) 2 fuel electrode (anode) 3 air electrode (cathode) 4 single cell 5 bipolar plate (separator) 6 fuel gas (anode gas) 7 oxidizing gas (cathode gas) 8 manifold 8a anode manifold 8b cathode manifold 9 Anode gas opening 10 Separator 11 Cathode mask 11a Opening 12 Cathode collector 13 Center plate 13a Electrode unevenness 13b Mask unevenness 14 Anode collector 15 Anode mask 15a Opening 16 Cathode gas through hole 17 Anode gas through hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−57162(JP,A) 特開 平2−168563(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-57162 (JP, A) JP-A-2-168563 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 それぞれほぼ矩形平板状のカソードマス
ク(11)、カソードコレクタ(12)、センタープレ
ート(13)、アノードコレクタ(14)、及びアノー
ドマスク(15)を構成部品とし、これらが順次積層さ
れた燃料電池用セパレータ(10)であって、 前記各構成部品は、対向する2辺に沿ってそれぞれ複数
のカソードガス用貫通孔(16)とアノードガス用貫通
孔(17)を有し、該各ガス用貫通孔(16,17)
は、セパレータ(10)を入口側と出口側を交互に反転
して各ガス用貫通孔(16,17)を同一位置に積層で
きるように、ガスの入口側と出口側で同一位置に設けら
れており、 カソードマスク(11)とアノードマスク(15)は、
中央部にそれぞれ電極を収容する開口(11a,15
a)を有し、カソードコレクタ(12)とアノードコレ
クタ(14)は、少なくとも前記開口(11a,15
a)に対応する位置に多数の貫通孔を有し、 センタープレート(13)は、アノード及びカソードを
支持する複数の電極凹凸部(13a)と、カソードマス
ク(11)及びアノードマスク(15)を支持する複数
のマスク凹凸部(13b)とを有し、各電極凹凸部(1
3a)は、入口側から出口側に流れるガスの流れに直交
する方向に延びる複数の波形A,B,C,Dにプレス
成形され、かつこの複数の波形A,B,C,Dは、ガス
の入口側から出口側に交互に山谷が反転して位置決めさ
れており、 前記センタープレート(13)、アノードマスク(1
5)、及びカソードマスク(11)のセパレータ外周部
と、センタープレート(13)及びカソードマスク(1
1)のアノードガス用貫通孔(17)の内端部と、セン
タープレート(13)及びアノードマスク(14)のカ
ソードガス用貫通孔(16)の内端部が、それぞれ互い
に気密に連結されている、ことを特徴とする燃料電池用
セパレータ。
1. A cathode mask (11), a cathode collector (12), a center plate (13), an anode collector (14), and an anode mask (15) each having a substantially rectangular flat plate shape, and these are sequentially laminated. A fuel cell separator (10), wherein each of the components has a plurality of cathode gas through holes (16) and anode gas through holes (17) along two opposing sides, respectively. Each gas through hole (16, 17)
Turns the separator (10) between the inlet and outlet alternately
And the gas through holes (16, 17) are stacked at the same position.
The cathode mask (11) and the anode mask (15) are provided at the same position on the gas inlet side and the gas outlet side.
Openings (11a, 15
a), wherein the cathode collector (12) and the anode collector (14) have at least the openings (11a, 15).
The center plate (13) has a plurality of electrode irregularities (13a) supporting an anode and a cathode, and a cathode mask (11) and an anode mask (15). And a plurality of mask uneven portions (13b) to be supported.
3a) is press-formed into a plurality of waveforms A, B, C, D extending in the transverse direction orthogonal to the flow of gas flowing from the inlet side to the outlet side , and the plurality of waveforms A, B, C, D are: The peaks and valleys are alternately inverted and positioned from the gas inlet side to the gas outlet side, and the center plate (13) and the anode mask (1) are positioned.
5), the outer periphery of the separator of the cathode mask (11), the center plate (13) and the cathode mask (1).
The inner end of the anode gas through hole (1) of 1) and the inner end of the cathode gas through hole (16) of the center plate (13) and the anode mask (14) are airtightly connected to each other. A fuel cell separator.
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