JP3383319B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池のセルスタッ
クにおいて、マニホールド板の構造を表裏に形成したマ
ニホールド一体型セパレータを有する燃料電池に関す
る。
クにおいて、マニホールド板の構造を表裏に形成したマ
ニホールド一体型セパレータを有する燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図５に示すように、従来、反応ガスとし
て燃料ガスに水素Ｈ2を、酸化剤ガスに酸素Ｏ2を使用す
る燃料電池Ａは、単位電池０１をシール材０７、セパレ
ータ０８を介して複数個積層してセルスタック０９を形
成し、マニホールドを兼ねる１組のエンドプレート１
０、１０で上下から加圧挟持して構成している。
て燃料ガスに水素Ｈ2を、酸化剤ガスに酸素Ｏ2を使用す
る燃料電池Ａは、単位電池０１をシール材０７、セパレ
ータ０８を介して複数個積層してセルスタック０９を形
成し、マニホールドを兼ねる１組のエンドプレート１
０、１０で上下から加圧挟持して構成している。
【０００３】そして、単位電池０１は、例えば図４に示
すように電極のアノード０３とカソード０４とに挟持さ
れた固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）０２により分けられ
た燃料ガス区域０５ａと酸化剤ガス区域０６ａとをそれ
ぞれ備える燃料ガス側のマニホールド板０５と酸化剤ガ
ス側のマニホールド板０６とが互いに裏面どうしを対向
させ、９０度位相を変えシール材０７を介して重ね合わ
されている。なお、符号１１、１１は、前記ガス区域０
５ａ、０６ａにそれぞれ嵌入される集電体（例えば、多
孔質炭素焼結体）である。また、他の従来技術として
は、特開昭５７−１５８９６３号公報による冷却および
酸化用の空気Ｏ2の各流路を形成する波状板と水素ガス
Ｈ2の各流路を形成する波板状とからなる分離板もあ
る。
すように電極のアノード０３とカソード０４とに挟持さ
れた固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）０２により分けられ
た燃料ガス区域０５ａと酸化剤ガス区域０６ａとをそれ
ぞれ備える燃料ガス側のマニホールド板０５と酸化剤ガ
ス側のマニホールド板０６とが互いに裏面どうしを対向
させ、９０度位相を変えシール材０７を介して重ね合わ
されている。なお、符号１１、１１は、前記ガス区域０
５ａ、０６ａにそれぞれ嵌入される集電体（例えば、多
孔質炭素焼結体）である。また、他の従来技術として
は、特開昭５７−１５８９６３号公報による冷却および
酸化用の空気Ｏ2の各流路を形成する波状板と水素ガス
Ｈ2の各流路を形成する波板状とからなる分離板もあ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のセル
スタックの構造では、単位電池そのものの厚さが厚いば
かりか、セパレータの表裏に介装されるシール材の数も
多いため、セルスタックの積層方向の厚さも厚く、重量
も重い。そのうえ、組立て工数も多くかかり、積層位置
決めの精度も低い。
スタックの構造では、単位電池そのものの厚さが厚いば
かりか、セパレータの表裏に介装されるシール材の数も
多いため、セルスタックの積層方向の厚さも厚く、重量
も重い。そのうえ、組立て工数も多くかかり、積層位置
決めの精度も低い。
【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点を
背景になされたもので、単位電池そのものの厚さを薄く
するとともに、介装されるシール材の数量を激減してセ
ルスタックの高さと重量とを低減させ、組立て工数も減
少させるばかりか、積層位置決めの精度も向上し、かつ
ガス区域内面の反応ガスの流れを円滑にし、単位電池の
発電機能を高めるマニホールド一体型セパレータを有す
る燃料電池を提供することを目的とする。
背景になされたもので、単位電池そのものの厚さを薄く
するとともに、介装されるシール材の数量を激減してセ
ルスタックの高さと重量とを低減させ、組立て工数も減
少させるばかりか、積層位置決めの精度も向上し、かつ
ガス区域内面の反応ガスの流れを円滑にし、単位電池の
発電機能を高めるマニホールド一体型セパレータを有す
る燃料電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、平板状の本体
周縁に表裏に貫通して穿設した燃料ガス導入用と排出用
の１組および酸化剤ガス導入用と排出用の他の組からな
る複数組のガス流通孔と、本体表裏の中央部分に中間隔
離板部を介して形成される一方の燃料ガス区域および他
方の酸化剤ガス区域、ならびに上記燃料ガス区域、燃料
導入用ガス流通孔および排出用ガス流通孔それぞれに連
通する複数の溝ならびに上記酸化剤ガス区域、燃料導入
用ガス流通孔および排出用ガス流通孔それぞれに連通す
る複数の溝とから構成され、かつ該複数の溝を形成する
複数の島状の隔壁の内端部を先細りなディフューザ構造
となしたマニホールド一体型セパレータを有し、アノー
ド電極とカソード電極とこれらの電極に挟持された固体
高分子電解質膜からなる単位燃料電池を該セパレータを
介して複数個積層してなるセルスタックを１組のエンド
プレートで加圧挟持して構成されたことを特徴とする燃
料電池を提供するものである。
周縁に表裏に貫通して穿設した燃料ガス導入用と排出用
の１組および酸化剤ガス導入用と排出用の他の組からな
る複数組のガス流通孔と、本体表裏の中央部分に中間隔
離板部を介して形成される一方の燃料ガス区域および他
方の酸化剤ガス区域、ならびに上記燃料ガス区域、燃料
導入用ガス流通孔および排出用ガス流通孔それぞれに連
通する複数の溝ならびに上記酸化剤ガス区域、燃料導入
用ガス流通孔および排出用ガス流通孔それぞれに連通す
る複数の溝とから構成され、かつ該複数の溝を形成する
複数の島状の隔壁の内端部を先細りなディフューザ構造
となしたマニホールド一体型セパレータを有し、アノー
ド電極とカソード電極とこれらの電極に挟持された固体
高分子電解質膜からなる単位燃料電池を該セパレータを
介して複数個積層してなるセルスタックを１組のエンド
プレートで加圧挟持して構成されたことを特徴とする燃
料電池を提供するものである。
【０００７】
【作用】このように構成してあるので、セルスタックを
構成するには、集電体をマニホールド一体型セパレータ
の表裏のガス区域にそれぞれはめ込み、シール材を介し
て固体高分子電解質膜を載置して次のマニホールド一体
型セパレータを積層する。この操作を繰り返して所要数
を積層し、セルスタックを構成する。次に、上下にシー
ル材を介してエンドプレートを取りつけ、締めつけ具に
より緊締して燃料電池を得る。
構成するには、集電体をマニホールド一体型セパレータ
の表裏のガス区域にそれぞれはめ込み、シール材を介し
て固体高分子電解質膜を載置して次のマニホールド一体
型セパレータを積層する。この操作を繰り返して所要数
を積層し、セルスタックを構成する。次に、上下にシー
ル材を介してエンドプレートを取りつけ、締めつけ具に
より緊締して燃料電池を得る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、従来例と同一の部材は、同一の符号
を用い、その説明は省略する。本発明の実施例におい
て、マニホールド一体型セパレータ２０は、図１（ａ）
にその表面２０ａ、同図（ｃ）に裏面２０ｂを示すよう
に、平面正方形の本体の四周縁に８個のガス流通孔２１
を表裏に貫通して穿設しており、対向する１組のガス流
通孔２１を燃料ガスとしての水素Ｈ2用の導入用流通孔
２２、２２と排出用流通孔２３、２３としており、対向
する他の組のガス流通孔２１を酸化剤ガスとしての酸素
Ｏ2用の導入用流通孔２４、２４と排出用流通孔２５、
２５としている。そして、本体中央部分に中間隔離板部
２６を介在させて裏面２０ａに燃料ガス区域２７と裏面
２０ｂに酸化剤ガス区域２８を形成している〔同図
（ｃ）参照〕。さらに、燃料ガス区域２７と導入用流通
孔２２、排出用流通孔２３とを連通する複数の溝２９、
２９、ならびに酸化剤ガス区域２８と導入用流通孔２
４、排出用流通孔２５とを連通する複数の溝３１、３１
がそれぞれ隔壁３０、３２により区切られて設けてあ
る。なお、複数個の溝２９、３１には、同図（ｄ）にも
みられるように、溝部保護用プレート３３、３５が、被
うように表面２０ａ、裏面２０ｂにそれぞれ形成された
凹部３４、３６に嵌着されていて、これらプレート３
３、３５は組立てに際してエンドプレート１０、１０に
よる押圧力Ｆを受けてシール材（フッ素ゴム製ガスケッ
トまたはテトラフルオロエチレンシート）０７が展張
し、溝２９、３１へ侵入しようとするのを阻止し、本来
の断面形状を維持している。また、複数の島状の隔壁３
０、３２の内端部は、先細りなディフューザ構造となっ
ているので、水素Ｈ2や酸素Ｏ2のガス流れは、それぞれ
のガス区域２７、２８内を乱流を生ずることなく、円滑
に流通する。
に説明する。なお、従来例と同一の部材は、同一の符号
を用い、その説明は省略する。本発明の実施例におい
て、マニホールド一体型セパレータ２０は、図１（ａ）
にその表面２０ａ、同図（ｃ）に裏面２０ｂを示すよう
に、平面正方形の本体の四周縁に８個のガス流通孔２１
を表裏に貫通して穿設しており、対向する１組のガス流
通孔２１を燃料ガスとしての水素Ｈ2用の導入用流通孔
２２、２２と排出用流通孔２３、２３としており、対向
する他の組のガス流通孔２１を酸化剤ガスとしての酸素
Ｏ2用の導入用流通孔２４、２４と排出用流通孔２５、
２５としている。そして、本体中央部分に中間隔離板部
２６を介在させて裏面２０ａに燃料ガス区域２７と裏面
２０ｂに酸化剤ガス区域２８を形成している〔同図
（ｃ）参照〕。さらに、燃料ガス区域２７と導入用流通
孔２２、排出用流通孔２３とを連通する複数の溝２９、
２９、ならびに酸化剤ガス区域２８と導入用流通孔２
４、排出用流通孔２５とを連通する複数の溝３１、３１
がそれぞれ隔壁３０、３２により区切られて設けてあ
る。なお、複数個の溝２９、３１には、同図（ｄ）にも
みられるように、溝部保護用プレート３３、３５が、被
うように表面２０ａ、裏面２０ｂにそれぞれ形成された
凹部３４、３６に嵌着されていて、これらプレート３
３、３５は組立てに際してエンドプレート１０、１０に
よる押圧力Ｆを受けてシール材（フッ素ゴム製ガスケッ
トまたはテトラフルオロエチレンシート）０７が展張
し、溝２９、３１へ侵入しようとするのを阻止し、本来
の断面形状を維持している。また、複数の島状の隔壁３
０、３２の内端部は、先細りなディフューザ構造となっ
ているので、水素Ｈ2や酸素Ｏ2のガス流れは、それぞれ
のガス区域２７、２８内を乱流を生ずることなく、円滑
に流通する。
【０００９】上記構成となっているので、セルスタック
０９を構成するときには、図２に示すように、前記一体
型セパレータ２０の燃料ガス区域２７、酸化剤ガス区域
２８にそれぞれ集電体１１、１１を入れて、表面、裏面
にシール材０７を介して固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）
０２をカソード電極基材０４とアノード電極基材０３と
で挟持して載置し、次の一体型セパレータ２０を積層
し、この操作を繰り返して所要数を積層し、セルスタッ
ク０９を構成したのち、上下にシール材０７を介してエ
ンドプレート１０、１０を取りつけ、締めつけ具で緊締
すれば、燃料電池Ａが出来上がる。
０９を構成するときには、図２に示すように、前記一体
型セパレータ２０の燃料ガス区域２７、酸化剤ガス区域
２８にそれぞれ集電体１１、１１を入れて、表面、裏面
にシール材０７を介して固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）
０２をカソード電極基材０４とアノード電極基材０３と
で挟持して載置し、次の一体型セパレータ２０を積層
し、この操作を繰り返して所要数を積層し、セルスタッ
ク０９を構成したのち、上下にシール材０７を介してエ
ンドプレート１０、１０を取りつけ、締めつけ具で緊締
すれば、燃料電池Ａが出来上がる。
【００１０】図２のマニホールド一体型セパレータ２０
に対応する従来の組立て方法を図３によりみると、マニ
ホールド板０５、０６の本実施例のこれらに対応する部
分はそれぞれ４分の３の厚さですむばかりか、セパレー
タ０８を挟むシール材０７、０７を排除できるため、全
体の厚さも３分の２となり、部品点数の減少による工数
が著しく低減できることが分かる。また、集電体１１も
薄くすることが可能となるため、集電体厚み方向の電子
導電性が向上し、ひいてはセルスタックの内部抵抗が低
減する。さらに、マニホールド０５、０６の重ね合わせ
が不要となるので、積層位置決めの精度も向上する。そ
のうえ、複数の島状の隔壁３２の内端部の先細りなディ
フューザ構造により、ガス流の流れが乱流を生ぜず、円
滑に流れるため、発電機能も向上する。
に対応する従来の組立て方法を図３によりみると、マニ
ホールド板０５、０６の本実施例のこれらに対応する部
分はそれぞれ４分の３の厚さですむばかりか、セパレー
タ０８を挟むシール材０７、０７を排除できるため、全
体の厚さも３分の２となり、部品点数の減少による工数
が著しく低減できることが分かる。また、集電体１１も
薄くすることが可能となるため、集電体厚み方向の電子
導電性が向上し、ひいてはセルスタックの内部抵抗が低
減する。さらに、マニホールド０５、０６の重ね合わせ
が不要となるので、積層位置決めの精度も向上する。そ
のうえ、複数の島状の隔壁３２の内端部の先細りなディ
フューザ構造により、ガス流の流れが乱流を生ぜず、円
滑に流れるため、発電機能も向上する。
【００１１】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、この実施例に必ずしも限定されることはなく、要
旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発明
に含まれる。
明は、この実施例に必ずしも限定されることはなく、要
旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発明
に含まれる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の燃料電池は、このように燃料ガ
ス側マニホールド板と酸化剤ガス側マニホールド板とを
中間隔離板部を間にして背中合わせに形成して一体にし
たマニホールド一体型セパレータを有するため、単位電
池そのものの厚さが薄くなり、介装されるシール材の数
量も激減するので、燃料電池スタックの厚さと重量とが
低減され、これにともなって組立て工数も減少するだけ
でなく、単位電池の積層位置決め精度も向上する。ま
た、集電体の薄層化が可能となり、集電体厚み方向の電
子導電性も向上し、従ってセルスタックの内部抵抗も低
減する。さらに、複数の溝を形成する複数の島状の隔壁
の先細りなディフューザ構造の採用により、面内給排断
面図のマスク部分が著しく減少し、ガス流の流れが円滑
となって燃料ガスの酸化反応が活発化したため、前記の
内部抵抗の低減ともあいまって発電機能が充分に発揮さ
れる燃料電池が得られる。
ス側マニホールド板と酸化剤ガス側マニホールド板とを
中間隔離板部を間にして背中合わせに形成して一体にし
たマニホールド一体型セパレータを有するため、単位電
池そのものの厚さが薄くなり、介装されるシール材の数
量も激減するので、燃料電池スタックの厚さと重量とが
低減され、これにともなって組立て工数も減少するだけ
でなく、単位電池の積層位置決め精度も向上する。ま
た、集電体の薄層化が可能となり、集電体厚み方向の電
子導電性も向上し、従ってセルスタックの内部抵抗も低
減する。さらに、複数の溝を形成する複数の島状の隔壁
の先細りなディフューザ構造の採用により、面内給排断
面図のマスク部分が著しく減少し、ガス流の流れが円滑
となって燃料ガスの酸化反応が活発化したため、前記の
内部抵抗の低減ともあいまって発電機能が充分に発揮さ
れる燃料電池が得られる。
【図１】本発明の実施例の燃料電池のマニホールド一体
型セパレータを示す図で、同図（ａ）は表面側の平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線断面図、同図
（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のｄ−ｄ線断
面図である。
型セパレータを示す図で、同図（ａ）は表面側の平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線断面図、同図
（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のｄ−ｄ線断
面図である。
【図２】本発明の実施例の一体型セパレータの組立て方
法を示す説明図である。
法を示す説明図である。
【図３】従来の単位電池の組立て方法を示す説明図であ
る。
る。
【図４】従来の燃料電池の全体構成を示す部分分解斜視
図である。
図である。
【図５】従来の燃料電池の全体構成を示す分解斜視図で
ある。
ある。
Ａ 燃料電池
０２ 固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）
０３ アノード電極基材
０４ カソード電極基材
０７ シール材
０９ セルスタック
１０ エンドプレート
１１ 集電体
２０ マニホールド一体型セパレータ
２１ ガス流通孔
２２ 燃料ガス導入用流通孔
２３ 燃料ガス排出用流通孔
２４ 酸化剤ガス導入用流通孔
２５ 酸化剤ガス排出用流通孔
２６ 中間隔離板部
２７ 燃料ガス区域
２８ 酸化剤ガス区域
２９ 溝
３０ 隔壁
３１ 溝
３２ 隔壁
３３、３５ 溝部保護プレート
３４、３６ 凹部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 加藤 英男
埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(56)参考文献 特開 平３−102774（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−70035（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−176669（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−112266（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−80272（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−118872（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/00 - 8/24
Claims (2)
- 【請求項１】 平板状の本体周縁に表裏に貫通して穿設
した燃料ガス導入用と排出用の１組および酸化剤ガス導
入用と排出用の他の組からなる複数組のガス流通孔と、 本体表裏の中央部分に中間隔離板部を介して形成される
一方の燃料ガス区域および他方の酸化剤ガス区域、なら
びに上記燃料ガス区域、燃料導入用ガス流通孔および排
出用ガス流通孔それぞれに連通する複数の溝ならびに上
記酸化剤ガス区域、燃料導入用ガス流通孔および排出用
ガス流通孔それぞれに連通する複数の溝とから構成さ
れ、 かつ該複数の溝を形成する複数の島状の隔壁の内端部を
先細りなディフューザ構造となしたマニホールド一体型
セパレータを有し、アノード電極とカソード電極とこれ
らの電極に挟持された固体高分子電解質膜からなる単位
燃料電池を該セパレータを介して複数個積層してなるセ
ルスタックを１組のエンドプレートで加圧挟持して構成
されたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 燃料ガス区域と酸化剤ガス区域が中央部
分に中間隔離板部を介在させて形成されており、燃料ガ
ス区域内の燃料ガスの流れ方向と酸化剤ガス区域内の酸
化剤ガスの流れ方向とが直交する請求項１記載の燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35805591A JP3383319B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35805591A JP3383319B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211332A JPH07211332A (ja) | 1995-08-11 |
| JP3383319B2 true JP3383319B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=18457304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35805591A Expired - Fee Related JP3383319B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3383319B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3632468B2 (ja) | 1998-04-22 | 2005-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 |
| US6677071B2 (en) * | 2001-02-15 | 2004-01-13 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Bipolar plate for a fuel cell |
| WO2002088965A1 (en) | 2001-04-26 | 2002-11-07 | The Boeing Company | System and method for preloading a bus controller with command schedule |
| SE523665C2 (sv) * | 2002-09-20 | 2004-05-11 | Volvo Technology Corp | Bränslecell och bränslecellsstack |
| JP4673110B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2011-04-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP35805591A patent/JP3383319B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07211332A (ja) | 1995-08-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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