JP4543909B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
アノード反応(燃料極):H2→2H++2e- …(2)
前記酸化ガス排出孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第3の辺に対応する端部に、前記第3の辺の全長に亘って配置され、前記冷却媒体流路は、前記中間プレートにおいて前記発電部の第2の辺の所定範囲から前記第4の辺の所定範囲に亘って配置され、前記燃料ガス供給孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第2の辺に対応する端部であって前記第2の辺の所定範囲以外の部分に配置され、前記燃料ガス排出孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第4の辺に対応する端部であって前記第4の辺の所定範囲以外の部分に配置されても良い。拡散性が燃料ガスと比較して劣る酸化ガスの供給孔および排出孔をそれぞれ発電部の向かい合う辺(第1の辺と第3の辺)の全長に亘って配置することで、酸化ガスの均一な供給が可能となる。さらに、発電部の第2の辺の所定範囲から第4の辺の所定範囲に亘って配置される冷却媒体流路を備えることにより、冷却性能も確保される。なお、拡散性の優れた燃料ガスは、第2辺および第4辺の一部における給排であっても十分均一に供給可能である。この結果、燃料電池を構成する際に、均一な発電と冷却性を両立させることができる。かかる場合において、前記酸化ガス供給マニホールドは、前記セパレータにおいて前記発電部を囲む外周部において、前記第1の辺の全長に亘って形成され、前記酸化ガス供給マニホールドは、前記外周部において、前記第3の辺の全長に亘って形成され、前記冷却媒体供給マニホールドは、前記外周部において前記第2の辺の所定範囲に亘って形成され、前記冷却媒体排出マニホールドは、前記外周部において前記第4の辺の所定範囲に亘って形成され、前記燃料ガス供給マニホールドは、前記外周部において前記第2の辺の所定範囲以外の部分に形成され、前記燃料ガス排出マニホールドは、前記外周部において前記第4の辺の所定範囲以外の部分に形成されても良い。このように、各反応ガスの供給/排出孔、冷却媒体流路の配置に対応した外周部に、対応するマニホールドを配置することで、セパレータをコンパクトにすることができる。
・燃料電池およびセパレータの構成:
図1〜図3を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の概略構成について説明する。図1は、実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図である。図2は、実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図である。図3は、実施例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型膜電極接合体(以下、シール一体型MEAという。)の平面図である。
同じく、図4〜図7を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の動作について説明する。
図8、および、図9を参照して、変形例に係るセパレータについて説明する。図8は、変形例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型MEAの平面図である。図9は、変形例に係るセパレータとシール一体型MEAを重ねた様子を示す平面図および断面図である。
20…モジュール
21…シール一体型MEA
211…電解質膜
212…拡散層
22…カソード対向プレート
221a…燃料ガス供給マニホールド形成部
221b…燃料ガス排出マニホールド形成部
222a…酸化ガス供給マニホールド形成部
222b…酸化ガス排出マニホールド形成部
223a…冷却媒体供給マニホールド形成部
223b…冷却媒体排出マニホールド形成部
225…酸化ガス供給孔
226…酸化ガス排出孔
23…アノード対向プレート
231a…燃料ガス供給マニホールド形成部
231b…燃料ガス排出マニホールド形成部
232a…酸化ガス供給マニホールド形成部
232b…酸化ガス排出マニホールド形成部
233a…冷却媒体供給マニホールド形成部
233b…冷却媒体排出マニホールド形成部
237…燃料ガス供給孔
238…燃料ガス排出孔
24…中間プレート
241a…燃料ガス供給マニホールド形成部
241b…燃料ガス排出マニホールド形成部
242a…酸化ガス供給マニホールド形成部
242b…酸化ガス排出マニホールド形成部
243…冷却媒体流路形成部
25…セパレータ
30…エンドプレート
31…テンションプレート
32…ボルト
33…インシュレータ
34…ターミナル
50…シール部
501a…酸化ガス供給マニホールド形成部
501b…酸化ガス排出マニホールド形成部
502a…燃料ガス供給マニホールド形成部
502b…燃料ガス排出マニホールド形成部
503a…冷却媒体供給マニホールド形成部
503b…冷却媒体排出マニホールド形成部
61…燃料ガス供給流路
62…燃料ガス排出流路
63…酸化ガス供給流路
64…酸化ガス排出流路
65…冷却媒体流路
210…水素タンク
220…シャットバルブ
230…調圧バルブ
240、410…循環ポンプ
250、260、350、360、450、460…配管
310…エアポンプ
420…ラジエータ
SL…シール線
DA…発電部
Claims (11)
- 第1の膜電極接合体のカソード側との対向面を有するカソード対向プレートと、第2の膜電極接合体のアノード側との対向面を有するアノード対向プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池用のセパレータであって、
前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス排出マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、
前記カソード対向プレートは、さらに、
前記第1の膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、
前記発電部の端部を厚さ方向に貫通する酸化ガス供給孔と、
前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する酸化ガス排出孔とを備え、
前記アノード対向プレートは、さらに、
前記第2の膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、
前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならない端部を厚さ方向に貫通する燃料ガス供給孔と、
前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならないと共に前記燃料ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する燃料ガス排出孔とを備え、
前記中間プレートは、さらに、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと前記カソード対向プレートの前記酸化ガス供給孔とを連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと前記カソード対向プレートの前記酸化ガス排出孔とを連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと前記アノード対向プレートの前記燃料ガス供給孔とを連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、
厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと前記アノード対向プレートの前記燃料ガス排出孔とを連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部とを備えるセパレータ。 - 請求項1に記載のセパレータは、さらに、
前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドとを備え、
前記中間プレートは、さらに、
厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを連通する冷却媒体流路を形成する冷却媒体流路形成部とを備えるセパレータ。 - 請求項2に記載のセパレータにおいて、
前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートおよび前記中間プレートは、打ち抜き加工のみによって作製されるセパレータ。 - 請求項3に記載のセパレータにおいて、
前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートは、高耐食性材料よって構成されるセパレータ。 - 請求項3または請求項4に記載のセパレータにおいて、
前記中間プレートは、高耐食性材料によって構成されるセパレータ。 - 請求項2ないし請求項5のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記発電部は、第1の辺と前記第1の辺に隣接する第2の辺と前記第1の辺と向かい合う第3の辺と前記第2の辺と向かい合う第4の辺を有する四角形であり、
前記酸化ガス供給孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第1の辺に対応する端部に、前記第1の辺の全長に亘って配置され、
前記酸化ガス排出孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第3の辺に対応する端部に、前記第3の辺の全長に亘って配置され、
前記冷却媒体流路は、前記中間プレートにおいて前記発電部の第2の辺の所定範囲から前記第4の辺の所定範囲に亘って配置され、
前記燃料ガス供給孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第2の辺に対応する端部であって前記第2の辺の所定範囲以外の部分に配置され、
前記燃料ガス排出孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第4の辺に対応する端部であって前記第4の辺の所定範囲以外の部分に配置されるセパレータ。 - 請求項6に記載のセパレータにおいて、
前記酸化ガス供給マニホールドは、前記セパレータにおいて前記発電部を囲む外周部において、前記第1の辺の全長に亘って形成され、
前記酸化ガス供給マニホールドは、前記外周部において、前記第3の辺の全長に亘って形成され、
前記冷却媒体供給マニホールドは、前記外周部において前記第2の辺の所定範囲に亘って形成され、
前記冷却媒体排出マニホールドは、前記外周部において前記第4の辺の所定範囲に亘って形成され、
前記燃料ガス供給マニホールドは、前記外周部において前記第2の辺の所定範囲以外の部分に形成され、
前記燃料ガス排出マニホールドは、前記外周部において前記第4の辺の所定範囲以外の部分に形成されるセパレータ。 - 請求項6または請求項7に記載のセパレータにおいて、
前記冷却媒体流路が形成される前記第2の辺の所定範囲および前記第4の辺の所定範囲は、前記第2の辺および第4の辺の全長の50%以上であるセパレータ。 - 請求項6ないし請求項8のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域を挟んで、互いに反対側に配置されるセパレータ。 - 請求項6ないし請求項9のいずれかに記載のセパレータにおいて、
燃料電池を構成して発電する際に、
前記第1の辺が上方に位置し、前記第3の辺が下方に位置するセパレータ。 - 請求項9ないし請求項10のいずれかに記載のセパレータにおいて、
燃料電池を構成して発電する際に、
前記燃料ガス供給孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より上方に位置し、
前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より下方に位置するセパレータ。
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