JP4381759B2 - Separator and fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電極面部を有する導電部が絶縁部により囲繞されてなる燃料電池用のセパレータ、および該セパレータで膜電極構造体を挟持してなる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell separator in which a conductive portion having an electrode surface portion is surrounded by an insulating portion, and a fuel cell in which a membrane electrode structure is sandwiched between the separators.
燃料電池には、例えば固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで両側から挟み込み、さらにその外側にセパレータを設けて単位燃料電池(以下、「単位セル」という。)を構成したものがある。
この種の燃料電池は、発電電圧確保のため、実際の使用に際しては、前記単位セルを複数積層して燃料電池スタック(以下、「スタック」という。)とする場合が多く、かかる場合には、各単位セルの発電状態を監視するために、セル電圧を測定する必要がある。
In the fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between the anode side electrode and the cathode side electrode from both sides, and a separator is provided on the outer side to constitute a unit fuel cell (hereinafter referred to as “unit cell”). There is.
This type of fuel cell is often used as a fuel cell stack (hereinafter referred to as “stack”) by stacking a plurality of the unit cells in actual use in order to secure a generated voltage. In order to monitor the power generation state of each unit cell, it is necessary to measure the cell voltage.
従来のセパレータは、例えばカーボンや金属などの導電性材料が使用されていたため(以下、「導電性セパレータ」という。)、セパレータの一部をセル電圧測定端子の形状にすることにより、あるいは、セパレータの外周面に丸穴を明け、この丸穴にバナナクリップにて出力端子の一端を接続することにより(例えば、特許文献1参照)、外部から容易にセル電圧を測定することができた。
しかしながら、この導電性セパレータを用いてスタックを構成した場合には、単位セル間の電位差により、冷却水(冷媒)流路を伝って漏電(液絡)や地絡が発生する可能性があるため、冷却水には高度な絶縁性が要求され、導電性イオンを除去するためにイオン交換器の設置が必要となっていた。 However, when a stack is formed using this conductive separator, there is a possibility that an electric leakage (liquid junction) or a ground fault may occur through the cooling water (refrigerant) flow path due to a potential difference between unit cells. The cooling water is required to have a high degree of insulation, and it is necessary to install an ion exchanger in order to remove conductive ions.
その対策として、近年、電極に接する部分(電極面部)に金属などの導電性材料を用い、電極面部以外の部分、すなわち、電極面部の外周部分で反応ガスや冷却水の連通孔を形成する部分に絶縁性材料を用いた、いわゆる複合型セパレータの提案がなされている。
この複合型セパレータを用いてスタックを構成した場合には、単位セル間の冷却水縁面距離(絶縁距離)が長くなるので、冷却水に高度な絶縁性が要求されなくなるほか、金属製セパレータにおける錆の発生も抑えることができる。さらに、セパレータの外縁部が絶縁材料からなるので、外部との地絡も有効に防止することができる。
As a countermeasure, in recent years, a conductive material such as a metal is used for a portion in contact with the electrode (electrode surface portion), and a portion other than the electrode surface portion, that is, a portion where the reaction gas or cooling water communication hole is formed in the outer peripheral portion of the electrode surface portion. A so-called composite separator using an insulating material is proposed.
When a stack is configured using this composite separator, the cooling water edge surface distance (insulation distance) between unit cells becomes long, so that high insulation is not required for the cooling water. Rust generation can also be suppressed. Furthermore, since the outer edge portion of the separator is made of an insulating material, a ground fault with the outside can be effectively prevented.
このように、前記複合型セパレータは、電極面部の面方向外方側(セパレータ外周側)が絶縁構造になっているため、冷却水による液絡や外部との地絡を有効に防止できるという長所を持つ反面、セル電圧の測定が非常に困難になるという短所も持ち合わせている。
かかる事情から、液絡や地絡を防止しつつ、各単位セル毎の発電状態を監視可能とする技術の開発が望まれている。
As described above, the composite separator has an insulating structure on the outer side in the surface direction of the electrode surface portion (separator outer peripheral side), so that it is possible to effectively prevent a liquid junction due to cooling water or an external ground fault. On the other hand, it has the disadvantage that it becomes very difficult to measure the cell voltage.
Under such circumstances, it is desired to develop a technique that can monitor the power generation state of each unit cell while preventing liquid junction and ground fault.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒の液絡や外部との地絡を防止しつつ、外部から容易にセル電圧を測定可能にすることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to easily measure a cell voltage from the outside while preventing a liquid junction of a refrigerant and a ground fault with the outside. is there.
前記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、電極面部(例えば、後述する実施の形態における電極面部31A,41A)を有する導電部(例えば、後述する実施の形態における導電部31,41)が絶縁部(例えば、後述する実施の形態における絶縁部32,42)により囲繞されてなる燃料電池用のセパレータであって、
前記絶縁部には、その内周側から外周側に延出する内外連絡端子(例えば、後述する実施の形態におけるセル側端子47,48)が前記絶縁部と一体成形されており、前記燃料電池の組み立て時に前記内外連絡端子が前記電極面部と電気的に接続することを特徴とするセパレータ(例えば、後述する実施の形態におけるカソード側セパレータ3,アノード側セパレータ4)である。
このようなセパレータを用いて燃料電池を構成し、セル電圧測定装置側の端子を内外連絡端子の外周側端部に接続すれば、絶縁部によって外部との地絡防止が施された燃料電池に対しても、燃料電池内外の電気的な接続が確保される。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
In the invention according to claim 1, the conductive portion (for example, the
Inner and outer connecting terminals (for example, cell-
If a fuel cell is configured using such a separator, and the terminal on the cell voltage measuring device side is connected to the outer peripheral side end of the inner / outer connection terminal, the fuel cell is prevented from being grounded by the insulating part. In contrast, electrical connection inside and outside the fuel cell is ensured.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のセパレータにおいて、
前記内外連絡端子は、少なくとも一部(例えば、後述する実施の形態におけるセル側端子47の一部47b)が前記絶縁部に埋設されていることを特徴とする。
この構成によれば、内外連絡端子の一部がセパレータと一体化されているために、内外連絡端子を別部品としてセパレータに組み付ける必要がない。また、内外連絡端子がセパレータに対して位置づれを起こすこともない。
The invention according to claim 2 is the separator according to claim 1,
The inside / outside connection terminal is characterized in that at least a part (for example, a
According to this configuration, since a part of the internal / external connection terminal is integrated with the separator, it is not necessary to assemble the internal / external connection terminal as a separate part to the separator. Further, the inner / outer connection terminal is not positioned relative to the separator.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載のセパレータにおいて、
前記内外連絡端子は、前記絶縁部のシール当接面(例えば、後述する実施の形態におけるシール当接面32D)において該絶縁部に埋設されていることを特徴とする。
このようなセパレータを用いて燃料電池を構成すれば、シール部材が絶縁部に接するシール当接面に内外連絡端子が露出せず、シール当接面における凹凸形成が抑制される。
The invention according to
The internal / external connection terminal is embedded in the insulating portion on a seal contact surface of the insulating portion (for example, a
If a fuel cell is configured using such a separator, the inner and outer communication terminals are not exposed on the seal contact surface where the seal member contacts the insulating portion, and the formation of irregularities on the seal contact surface is suppressed.
請求項4に係る発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記導電部と前記絶縁部との間に、弾性体からなる結合部(例えば、後述する実施の形態における結合部33,43)を有することを特徴とする。
この構成によれば、温度変化時に絶縁部と導電部との間に生じ得る熱膨張差を結合部にて吸収することができる。
The invention according to claim 4 is the separator according to any one of claims 1 to 3,
Between the conductive portion and the insulating portion, there is a coupling portion made of an elastic body (for example, coupling
According to this configuration, a difference in thermal expansion that can occur between the insulating portion and the conductive portion when the temperature changes can be absorbed by the coupling portion.
請求項5に係る発明は、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記絶縁部は、反応ガスまたは冷媒が流通する連通孔(例えば、後述する実施の形態における入口側酸化剤ガス連通孔34a,出口側酸化剤ガス連通孔34b,入口側燃料ガス連通孔35a,出口側燃料ガス連通孔35b,入口側冷却水連通孔36a,および出口側冷却水連通孔36b)を有することを特徴とする。
この構成によれば、連通孔を流通する冷媒による液絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。
The invention according to claim 5 is the separator according to any one of claims 1 to 4,
The insulating portion includes a communication hole through which a reaction gas or a refrigerant flows (for example, an inlet-side oxidant
According to this configuration, the potential can be easily taken out from the outside while effectively preventing the liquid junction caused by the refrigerant flowing through the communication hole by the insulating portion.
請求項6に係る発明は、電解質(例えば、後述する実施の形態における固体高分子電解質膜21)の両側に電極(例えば、後述する実施の形態におけるカソード側ガス拡散電極22,アノード側ガス拡散電極23)を設けてなる膜電極構造体を一対のセパレータで挟持して構成される燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一方に、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のセパレータが用いられていることを特徴とする燃料電池(例えば、後述する実施の形態における単位セル1)である。
この構成によれば、冷媒による液絡や外部との地絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。
The invention according to claim 6 includes electrodes (for example, a cathode side
A separator according to any one of claims 1 to 5 is used for at least one of the separators. A fuel cell (for example, unit cell 1 in an embodiment described later).
According to this configuration, it is possible to easily take out the potential from the outside while effectively preventing the liquid junction due to the refrigerant and the ground fault with the outside by the insulating portion.
請求項7に係る発明は、電極面部(例えば、後述する実施の形態における電極面部31A,41A)を有する導電部(例えば、後述する実施の形態における導電部31,41)が絶縁部(例えば、後述する実施の形態における絶縁部32,42)により囲繞されてなる一対のセパレータ(例えば、後述する実施の形態におけるカソード側セパレータ3,アノード側セパレータ4)により、電解質(例えば、後述する実施の形態における固体高分子電解質膜21)の両側に電極(例えば、後述する実施の形態におけるカソード側ガス拡散電極22,アノード側ガス拡散電極23)を設けてなる膜電極構造体(例えば、後述する実施の形態における膜電極構造体2)を挟持して構成される燃料電池であって、
前記セパレータの少なくとも一方の絶縁部には、その内周側から外周側に延出する内外連絡端子(例えば、後述する実施の形態におけるセル側端子47,48)が前記絶縁部と一体成形され、その内周側端部が前記膜電極構造体または前記膜電極構造体と電気的に接続された前記導電部に接していることを特徴とする燃料電池(例えば、後述する実施の形態における単位セル1)である。
この構成によれば、セル電圧測定装置側の端子を内外連絡端子の外周側端部に接続すれば、内外連絡端子の内周側端部が膜電極構造体または導電部との接点になっているので、絶縁部によって外部との地絡防止が施された燃料電池に対しても、燃料電池内外の電気的な接続が確保される。
In the invention according to claim 7, the conductive portion (for example, the
At least one insulating portion of the separator is formed integrally with the insulating portion by internal and external connection terminals (for example,
According to this configuration, if the terminal on the cell voltage measuring device side is connected to the outer peripheral side end of the inner and outer connecting terminals, the inner peripheral end of the inner and outer connecting terminals becomes a contact point with the membrane electrode structure or the conductive part. Therefore, an electrical connection between the inside and outside of the fuel cell is ensured even for the fuel cell in which the grounding prevention from the outside is performed by the insulating portion.
請求項8に係る発明は、請求項7に記載の燃料電池において、
前記膜電極構造体を挟んで、前記膜電極構造体と前記内外連絡端子との当接部の反対側に、シール部材(例えば、後述する実施の形態における内側のリブ状シール部材51b)が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、シール部材からの弾性復元力により、内外連絡端子と膜電極構造体との接触を確実にすることができる。
The invention according to claim 8 is the fuel cell according to claim 7,
Sandwiching the membrane electrode assembly, on the opposite side of the contact portion between the inner and outer contact terminals and the membrane electrode assembly, the sealing member (e.g., rib-like sealing
According to this configuration, the contact between the internal / external communication terminal and the membrane electrode structure can be ensured by the elastic restoring force from the seal member.
請求項9に係る発明は、請求項7または請求項8に記載の燃料電池において、
前記絶縁部は、反応ガスまたは冷媒が流通する連通孔(例えば、後述する実施の形態における入口側酸化剤ガス連通孔34a,出口側酸化剤ガス連通孔34b,入口側燃料ガス連通孔35a,出口側燃料ガス連通孔35b,入口側冷却水連通孔36a,および出口側冷却水連通孔36b)を有することを特徴とする。
この構成によれば、連通孔を流通する冷媒による液絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。
The invention according to claim 9 is the fuel cell according to claim 7 or 8, wherein
The insulating portion includes a communication hole through which a reaction gas or a refrigerant flows (for example, an inlet-side oxidant
According to this configuration, the potential can be easily taken out from the outside while effectively preventing the liquid junction caused by the refrigerant flowing through the communication hole by the insulating portion.
本発明によれば、以下の効果を得る。
請求項1に係る発明によれば、絶縁部によって外部との地絡防止が施された燃料電池を構成しても、セル電圧測定装置の端子を内外連絡端子の外周側端部に接続すれば、燃料電池内外の電気的な接続が確保されるので、外部から容易に電位を取り出すことができる。
According to the present invention, the following effects are obtained.
According to the first aspect of the present invention, even if the fuel cell in which the grounding prevention from the outside is performed by the insulating portion is configured, if the terminal of the cell voltage measuring device is connected to the outer peripheral side end portion of the inner and outer connection terminals. Since electrical connection inside and outside the fuel cell is secured, the potential can be easily taken out from the outside.
請求項2に係る発明によれば、内外連絡端子の一部がセパレータと一体化されているために、内外連絡端子を別部品としてセパレータに組み付ける必要がなく、組み立て工数を削減することができる。また、内外連絡端子がセパレータに対して位置づれを起こすことがなく、膜電極構造体または導電部に対して良好な電気的接触状態を維持することができる。 According to the invention which concerns on Claim 2, since a part of internal / external connection terminal is integrated with the separator, it is not necessary to assemble | attach an internal / external connection terminal to a separator as another component, and an assembly man-hour can be reduced. Further, the internal / external communication terminal is not positioned with respect to the separator, and a good electrical contact state can be maintained with respect to the membrane electrode structure or the conductive portion.
請求項3に係る発明によれば、シール部材が絶縁部に接するシール当接面に内外連絡端子が露出しないので、シール当接面における凹凸形成を抑制し得て、シール性の信頼性をより高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the inner and outer connecting terminals are not exposed on the seal contact surface where the seal member is in contact with the insulating portion, formation of irregularities on the seal contact surface can be suppressed, and the reliability of the sealing performance is further improved. Can be increased.
請求項4に係る発明によれば、温度変化時に絶縁部と導電部との間に生じ得る熱膨張差を結合部にて吸収することができるので、絶縁部と導電部との接続境界の破断を有効に回避しつつ、良好なシール性を維持することができる。 According to the fourth aspect of the invention, since the difference in thermal expansion that can occur between the insulating portion and the conductive portion when the temperature changes can be absorbed by the joint portion, the connection boundary between the insulating portion and the conductive portion is broken. It is possible to maintain good sealing performance while effectively avoiding.
請求項5に係る発明によれば、連通孔を流通する冷媒による液絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the potential can be easily taken out from the outside while effectively preventing the liquid junction caused by the refrigerant flowing through the communication hole by the insulating portion.
請求項6に係る発明によれば、冷媒による液絡や外部との地絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to easily take out the potential from the outside while effectively preventing the liquid junction due to the refrigerant and the ground fault with the outside by the insulating portion.
請求項7に係る発明によれば、セル電圧測定装置の端子を内外連絡端子の外周側端部に接続すれば、内外連絡端子の内周側端部が膜電極構造体または導電部との接点になっているので、絶縁部によって外部との地絡防止が施された燃料電池に対しても、燃料電池内外の電気的な接続が確保され、外部から容易に電位を取り出すことができる。 According to the invention which concerns on Claim 7, if the terminal of a cell voltage measuring device is connected to the outer peripheral side end part of the inner and outer connecting terminal, the inner peripheral side end part of the inner and outer connecting terminal is a contact point with the membrane electrode structure or the conductive part Therefore, even in the fuel cell in which the grounding prevention from the outside is performed by the insulating portion, the electrical connection inside and outside the fuel cell is secured, and the potential can be easily taken out from the outside.
請求項8に係る発明によれば、シール部材からの弾性復元力により、内外連絡端子と膜電極構造体との接触を確実にすることができる。 According to the invention which concerns on Claim 8, contact with an internal / external communication terminal and a membrane electrode structure can be ensured with the elastic restoring force from a sealing member.
請求項9に係る発明によれば、連通孔を流通する冷媒による液絡を絶縁部によって有効に防止しつつ、外部から容易に電位を取り出すことができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the potential can be easily taken out from the outside while effectively preventing the liquid junction caused by the refrigerant flowing through the communication hole by the insulating portion.
以下、添付図面を参照しながら、本発明実施のための最良の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態による単位燃料電池の縦断面図である。
この単位燃料電池(以下、「単位セル1」という。)は、膜電極構造体(MEA)2と、これを挟持するカソード側セパレータ3及びアノード側セパレータ4とを備えてなる。そして、この単位セル1が図3に示すように多数積層されることにより、例えば車両用の燃料電池スタック(以下、「スタック5」という。)が構成される。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a unit fuel cell according to an embodiment of the present invention.
This unit fuel cell (hereinafter referred to as “unit cell 1”) includes a membrane electrode structure (MEA) 2 and a
膜電極構造体2は、固体高分子電解質膜21と、この固体高分子電解質膜21をその外側から挟み込むカソード側ガス拡散電極22およびアノード側ガス拡散電極23と、これら固体高分子電解質膜21とカソード側およびアノード側ガス拡散電極22,23との間に設けられる白金を含む触媒層(図示略)とを備えて構成されている。
この膜電極構造体2は、固体高分子電解質膜21の外寸を基準にすると、カソード側ガス拡散電極22は略同寸であるが、アノード側ガス拡散電極23は小寸とされた段差構造をなしている。
The membrane electrode structure 2 includes a solid polymer electrolyte membrane 21, a cathode side
The membrane electrode structure 2 is a step structure in which the cathode side
カソード側セパレータ3およびアノード側セパレータ4は、いずれも金属製(例えば、ステンレス、ハステロイ、インコネル、Au、Cu、Ni、Al、Tiなど)の導電部31,41と、その外周を囲繞するように設けられた樹脂製の絶縁部32,42とが、例えばシリコンゴムなどの弾性体からなる結合部33,43を介して相互接続されてなる。
Each of the
カソード側およびアノード側の各導電部31,41は、金属板をプレス成形することにより、平坦な山部と谷部とが交互に連続する断面波形に形成されている。各導電部31,41の谷部外面は、それらの間に挟持される膜電極構造体2の各外面に面接触しており、該接触面が各セパレータ3,4における電極面部31A,41Aを構成している。
これら導電部31,41は金属製に限らず、カーボンや導電性樹脂など導電材料から構成されるものであればよい。
The cathode-side and anode-side
These
カソード側およびアノード側セパレータ3,4の絶縁部32,42は、図2に示すように、樹脂を射出成形することにより周方向に間隔をおいて入口側酸化剤ガス連通孔34a,出口側酸化剤ガス連通孔34b,入口側燃料ガス連通孔35a,出口側燃料ガス連通孔35b,入口側冷却水連通孔36a,および出口側冷却水連通孔36bを有する矩形枠状に形成されている。なお、図2は、カソード側セパレータ3を示している。
これら絶縁部32,42は樹脂製に限らず、ゴム,シリコン,セラミックスなど絶縁材料から構成されるものであればよい。
As shown in FIG. 2, the insulating
These insulating
本実施の形態では、カソード側絶縁部32の内面側には、セル内外の電気的な接続(導通)を可能にする金属プレート製のセル側端子(内外連絡端子)47が設けられ、アノード側の絶縁部42には、前記電極面部31A,41Aを二重に取り囲むようにして配設されるリブ状シール部材(シール部材)51が設けられている。
以下、カソード側とアノード側に分けて、それぞれの構成を詳細に説明する。
In the present embodiment, a cell side terminal (internal / external connection terminal) 47 made of a metal plate that enables electrical connection (conduction) inside and outside the cell is provided on the inner surface side of the cathode
Hereinafter, the configuration of each of the cathode side and the anode side will be described in detail.
カソード側絶縁部32は、その内面(電極面部31A側の面)がカソード側導電部31の電極面部31Aと略面一をなしており、膜電極構造体2をその外側から一対のセパレータ3,4で挟み込んで単位セル1を組立てた際に、カソード側絶縁部32の面方向略中央よりも内方の内周側内面32Aと、カソード側導電部31の電極面部31Aとが膜電極構造体2に密着する。
The cathode-
カソード側絶縁部32の内面側に設けられたセル側端子47は、いわゆる樹脂インサート成形により樹脂部32aと一体成形され、膜電極構造体2のカソード側外面2Aに接することとなる前記内周側内面32Aの平坦性が良好であり、かつ該内周側内面32Aと前記谷部外面31Aの各面の高さが同一で段差がない構成となっている。
The
セル側端子47の樹脂部32aへのインサート位置は、入口側および出口側冷却水連通孔36a,36bを流通する冷却水(冷媒)の液絡を有効に防止する観点から、これら冷却水連通孔36a,36bの周囲から離しておくことが好ましく、本実施の形態では、図2に示すように、セル側端子47が2つの入口側酸化剤ガス連通孔34a,34aの間の樹脂部32aにインサート成形されている。
The insertion position of the cell-
セル側端子47のインサート位置は、図2に示す位置に限らず、2つの出口側酸化剤ガス連通孔34b,34b間、入口側燃料ガス連通孔35a,35a間、出口側燃料ガス連通孔35b,35b間、入口側又は出口側酸化剤ガス連通孔34a,34bと出口側又は入口側燃料ガス連通孔35b,35aとの間の各樹脂部32aであってもよい。
The insert position of the
セル側端子47の内周側端部47aは、膜電極構造体2のカソード側外面2Aに接する部分であり、カソード側絶縁部32の内周側内面32Aに露出する。
これに対し、アノード側絶縁部42との間に設けられたリブ状シール部材51のうち、外側のリブ状シール部材(シール部材)51aがカソード側絶縁部32に接するシール当接面32Dを含む一定範囲においては、セル側端子47の一部47bが樹脂部32a内に埋設されている。
The inner peripheral
On the other hand, of the rib-
セル側端子47の一部47bを樹脂部32a内に埋設したのは、外側のリブ状シール部材51aがカソード側絶縁部32に接するシール当接面32Dにおいては、膜電極構造体2に接する内周側端部47aのように内周側内面32Aに露出させると、樹脂部32aとセル側端子47との接合部分に隙間や段差が不可避的に生じ、その隙間等からガスの内外連通が可能になってしまうからである。
A
本実施の形態では、少なくとも外側のリブ状シール部材51aが接するシール当接面32Dにおいては、セル側端子47を樹脂部32a内に潜り込ませているので、シール当接面32Dに凹凸が生ずることはない。
セル側端子47がシール当接面32Dに露出しない構成であれば、その一部47bを樹脂部32aの外面側(電極面部31A,41Aと反対側)に一旦露出させてもよい。
In the present embodiment, at least on the
If the cell-
セル側端子47の外周側端部47c、言い換えれば、前記外側のリブ状シール部材51aが絶縁部32aと接するシール当接面32Dよりも面方向外方(外周側)の部分は、カソード側絶縁部32の外周側内面32Bおよび外周端面32Cの双方に露出しており、その少なくとも一方の露出部に、セル電圧測定装置側の端子(以下、「測定側端子61」という。)が接続される。
この外周側端部47cは、前記外周側内面32Bまたは外周端面32Cのいずれか一方の面だけに露出するものでもよい。
The outer peripheral
The outer
外側のリブ状シール部材51aがカソード側絶縁部32に接するシール当接面32Dと反対側の面、つまり電極面部31A,41A側と反対の外面には、他部よりも一段凹む凹部34が形成されている。
また、カソード側絶縁部32の内周側には、その外面が一段凹まされてなる段差部35と、該段差部35と面一をなして面方向内方(内周側)に延びるフランジ部36とが形成されている。
On the surface opposite to the
Further, on the inner peripheral side of the cathode-
そして、カソード側絶縁部32とカソード側導電部31とは、シリコンゴムなどの弾性体からなる結合部33を介して、相互接着されている。
すなわち、導電性材料と絶縁性材料とでは一般的に熱膨張係数が異なるため、絶縁性材料からなる絶縁部32と、導電性材料からなる導電部31とを直接接着すると、温度変化した場合に熱歪みが発生し、シール性が損われることがあるが、本実施の形態では、弾性を有する結合部33が両者の熱膨張差を吸収できるので、良好なシール性が維持される。
The cathode-
That is, since the thermal expansion coefficient is generally different between the conductive material and the insulating material, when the insulating
次に、アノード側絶縁部42の構成について説明する。
アノード側絶縁部42の内面(電極面部31A,41A側の面)の略中央部には凹部37が形成されており、この凹部37には、前記リブ状シール部材51が前記結合部43と一体をなして収容されている。
このリブ状シール部材51は、結合部43と別体であってもよい。
Next, the configuration of the anode
A
The rib-
そして、リブ状シール部材51のうち、外側のリブ状シール部材51aは、カソード側絶縁部32における前記セル側端子47の埋没箇所を押圧し、内側のリブ状シール部材51bは、固体高分子電解質膜21およびカソード側ガス拡散電極22を介して、カソード側絶縁部32においてセル側端子47が露出している前記内周側内面32Aを押圧している。
Of the rib-shaped
このように、アノードガスのシールは、アノード側絶縁部42とカソード側絶縁部32とにより、内側のリブ状シール部材51bを介して膜電極構造体2を挟むことにより成立しているが、この内側のリブ状シール部材51bの弾性復元力により生ずるシール面圧によって、カソード側絶縁部32の内周側内面32Aに露出して設けられたセル側端子47の内周側端部47aは膜電極構造体2に押し付けられ、これらセル側端子47と膜電極構造体2との接触はより確実なものになっている。
Thus, the anode gas seal is established by sandwiching the membrane electrode structure 2 between the anode
以上説明したように、本実施の形態によるセパレータ3,4,該セパレータ3,4を備えてなる単位セル1,および該単位セル1を複数積層してなるスタック5によれば、測定側端子61をカソード側およびアノード側絶縁部32,42間に挿入してセル側端子47の外周側端部47cに接続すれば、セル内外およびスタック内外との電気的導通が確保されるので、連通孔部分や外部との絶縁性能を維持しつつシール性能も阻害せずに、外部からのセル電圧測定が可能となる。
As described above, according to the
また、内側のリブ状シール部材51bによるシール面圧によって、セル電圧測定に十分な接触圧をセル側端子47と膜電極構造体2間に生じさせることができるので、接触抵抗が下がり、正確な測定が可能となる。
さらに、セル側端子47は、入口側および出口側冷却水連通孔36a,36bの周囲を避けて、入口側酸化剤ガス連通孔34a,34aの間に配設されているので、冷却水からの漏電(液絡)を有効に防止することができる。
Further, the contact pressure sufficient for measuring the cell voltage can be generated between the cell-
Furthermore, since the
また、樹脂部32aへセル側端子47をインサート成形するに際し、外側のリブ状シール部材51aがカソード側絶縁部32と接触するシール当接面32Dにおいては、セル側端子47の一部47bを樹脂部32aの内部に埋没させているので、シールライン上における凹凸形成を有効に防止し得て、シール性の信頼性向上を図ることができる。
Further, when the cell-
さらに、熱膨張係数を互いに異にする導電部31,41と絶縁部32,42とをシリコンゴムなどの弾性体からなる結合部33を介して接続することにより、熱歪み吸収構造を成立させているので、接続界面が破断したり、シール不良を起こすこともない。
Furthermore, by connecting the
本発明は前記実施の形態に限定されるものでなく、例えば下記の構成を採用することも可能である。
(1)各単位セル1に測定側端子61を接続して単位セル1ごとにセル電位を取り出す代わりに、nセル(n=1以上の整数)おきに測定側端子61を接続してもよい。
(2)セル側端子47の内周側端部47aを膜電極構造体2のカソード側外面2Aに当接させる代わりに、膜電極構造体2のアノード側外面やセパレータ3,4の導電部31,32に当接させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following configuration can be adopted.
(1) Instead of connecting the
(2) Instead of bringing the inner
(3)測定側端子61と接続可能であれば、セル側端子47の最外周端を絶縁部32の外周端面32Cよりも内周側に位置させてもよい。
(4)セル側端子47は、カソード側絶縁部32に代えて、あるいはカソード側絶縁部32と共に、アノード側絶縁部31に設けてもよい。
かかる場合には、例えば図4に示すように、セル側端子48の内周側端部48aおよび外周側端部48cを樹脂部42aの内面側に露出させ、他の部分48bを樹脂部42aの内部に埋設すればよい。
(3) If the
(4) The
In such a case, for example, as shown in FIG. 4, the inner peripheral
(5)カソード側絶縁部32の樹脂部32aを成形する際に金属プレート製のセル側端子47をインサート成形する代わりに、カソード側絶縁部32の主体をなす樹脂部32aだけを予め射出成形などにより成形しておき、この樹脂部32aに導電性材料を部分メッキしたり、PVDやCVDで蒸着させるなどの各種表面処理を施すことにより、内外連絡端子を設けてもよい。
また、予め作製しておいた金属箔を樹脂部32aに貼り付けてもよい。
(5) Instead of insert-molding the cell-
Moreover, you may affix the metal foil produced beforehand to the
(6)導電部31,41と絶縁部32,42とが結合部33,43によって完全に分離されている構造に限らず、導電部31,41の少なくとも一部が絶縁部32,42の中に入り込んだ構造であってもよい。
(7)膜電極構造体2において、カソード側ガス拡散電極22とアノード側ガス拡散電極23とは同寸であってもよい。
(6) The structure is not limited to the structure in which the
(7) In the membrane electrode structure 2, the cathode side
1 単位セル(燃料電池)
2 膜電極構造体
3 カソード側セパレータ
4 アノード側セパレータ
5 スタック
21 固体高分子電解質膜(電解質)
22 カソード側ガス拡散電極(電極)
23 アノード側ガス拡散電極(電極)
31、41 導電部
31A、41A 電極面部
32、42 絶縁部
33、43 結合部
32D シール当接面
34a 入口側酸化剤ガス連通孔(連通孔)
34b 出口側酸化剤ガス連通孔(連通孔)
35a 入口側燃料ガス連通孔(連通孔)
35b 出口側燃料ガス連通孔(連通孔)
36a 入口側冷却水連通孔(連通孔)
36b 出口側冷却水連通孔(連通孔)
47、48 セル側端子(内外連絡端子)
47a、48a 内周側端部
47c、48c 外周側端部
51a 外側のリブ状シール部材(シール部材)
1 unit cell (fuel cell)
2
22 Cathode side gas diffusion electrode (electrode)
23 Anode side gas diffusion electrode (electrode)
31, 41
34b Outlet side oxidant gas communication hole (communication hole)
35a Inlet fuel gas communication hole (communication hole)
35b Outlet side fuel gas communication hole (communication hole)
36a Inlet side cooling water communication hole (communication hole)
36b Outlet side cooling water communication hole (communication hole)
47, 48 Cell side terminal (internal / external connection terminal)
47a, 48a Inner
Claims (9)
前記絶縁部には、その内周側から外周側に延出する内外連絡端子が前記絶縁部と一体成形されており、前記燃料電池の組み立て時に前記内外連絡端子が前記電極面部と電気的に接続することを特徴とするセパレータ。 A separator for a fuel cell in which a conductive portion having an electrode surface portion is surrounded by an insulating portion,
Inner and outer connecting terminals extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the insulating part are integrally formed with the insulating part, and the inner and outer connecting terminals are electrically connected to the electrode surface part when the fuel cell is assembled. A separator characterized by that.
前記セパレータの少なくとも一方に、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のセパレータが用いられていることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell configured by sandwiching a membrane electrode structure having electrodes on both sides of an electrolyte between a pair of separators,
A fuel cell, wherein the separator according to any one of claims 1 to 5 is used for at least one of the separators.
前記セパレータの少なくとも一方の絶縁部には、その内周側から外周側に延出する内外連絡端子が前記絶縁部と一体成形され、その内周側端部が前記膜電極構造体または前記膜電極構造体と電気的に接続された前記導電部に接していることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell configured by sandwiching a membrane electrode structure in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte by a pair of separators in which a conductive portion having an electrode surface portion is surrounded by an insulating portion,
At least one insulating portion of the separator is integrally formed with an inner and outer connecting terminal extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and the inner peripheral side end thereof is the membrane electrode structure or the membrane electrode. A fuel cell, wherein the fuel cell is in contact with the conductive portion electrically connected to the structure .
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