JP4569084B2 - 燃料電池積層構造 - Google Patents
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Description
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
電解質膜を挟んで対峙するセパレータ同士間には、およびセパレータと電解質膜間には、接着剤が設けられて、接着・シールされ、セル化される。また、セルは位置決めされ積層されてスタック化される。特開2000−48849は、セルを積層する時に積層ずれが起こらないように、セパレータの縁に切欠部を設けておいて、該切欠部を組立治具の基準部であるガイドポストに当てる位置決め・組立方法を開示している。
1.セル化時に接着剤がセパレータ間から切欠部にはみ出し、このはみ出した接着剤が、セル化時およびスタック化時に、組立治具の基準部またはセルの組立治具に当てる基準面に付着し、位置決め精度が低下する。
2.セパレータを組立治具の基準部に当てた時に押し当て荷重でセパレータが変形し、電解質膜を挟んだアノード側セパレータとカソード側セパレータとが接触して電気的短絡を起こすおそれがある。
(1) 膜−電極アッセンブリであるMEAとセパレータを組み合わせて構成した単セルを積層した燃料電池積層構造であって、燃料電池のセパレータの縁部に、該縁部からセル積層方向に直交する方向に突出し燃料電池組立時に組立治具の基準部に当てられる先端部を有する突起を形成し、隣接するセパレータ同士で、前記突起の位置をセル積層方向と直交する方向にずらし、前記突起の表面には接着剤を塗布しないようにした燃料電池積層構造。
(2) 前記セパレータが矩形状であり、前記突起がセパレータの矩形の角部に形成されている(1)記載の燃料電池積層構造。
(3) 隣接する前記セパレータの周囲長さが異なる(1)記載の燃料電池積層構造。
(4) 前記セパレータの端面に曲面またはチャンファが形成されている(3)記載の燃料電池積層構造。
上記(1)、(2)の燃料電池積層構造によれば、隣接するセパレータ同士で(たとえば隣接するセパレータがアノード側のセパレータとカソード側のセパレータである場合、アノード側のセパレータとカソード側のセパレータとで)、積層方向に見た際の突起の位置をずらしたので、突起が変形しても突起同士が接触することがなく、セパレータを組立治具の基準部に当てた時の、セパレータの変形による短絡を防止できる。
上記(3)の燃料電池積層構造によれば、外周長が短い方のセパレータの外周面部位に接着剤を溜めることができる接着剤溜まりが形成され、セルを積層した時に接着剤がスタック外部へはみ出して組立治具の基準に付着したりセル基準面に付着するのを防止することができる。
上記(4)の燃料電池積層構造によれば、曲面またはチャンファによって接着剤溜まりを大きく形成でき、上記(3)の作用、効果が効果的に得られる。
また、セル19間またはモジュール間のシールはゴムガスケット32Rに置換されてもよい。
セパレータ18の「縁部」とは、図1〜図3(基準部34がセパレータ外部に位置する場合)に示すようにセパレータ18の外部(大気部)に面する縁部であってもよいし、あるいは図7(基準部34がマニホールド内に位置する場合)に示すように流体のマニホールド29、30、31に面する縁部であってもよい。
セパレータ18に接着剤32を塗布する場合、望ましくは、突起33の表面(セル面と平行な表面)には接着剤32を塗布しない。
また、組立治具は、セル構成部品をセル化(セル構成部品を組み合わせ、セル単体とすることをセル化という)またはモジュール化する時に構成部品の位置決めに用いる組立治具であってもよいし、セルまたはモジュールを積層してスタック化する時に積層されるセルまたはモジュールを位置決めするために用いる組立治具であってもよい。
図4に示すように、組立治具の基準部34が、セル積層方向に見て、突起33に対して凸の湾曲面、たとえば断面円形、である場合、突起33の形状は、セル積層方向に見て、セル積層方向と直交方向に直線状に延びる先端部をもつ。また、図5に示すように、組立治具の基準部34が、セル積層方向に見て、セパレータ縁部に対して平行な平面である場合、突起33の形状は、、セル積層方向に見て、基準部34に対して凸の湾曲面であることが望ましい。
図1はカソード側セパレータ18に形成された突起33bの位置を示し、図2はアノード側セパレータ18に形成された突起33aの位置を示し、図3はガス流路をMEA側に向けてアノード側セパレータ18とカソード側セパレータ18でMEAを挟んでセルを構成した時の、アノード側セパレータ18の突起33aとカソード側セパレータ18の突起33bとの位置関係を示す。図3からわかるように、突起33aと突起33bとは、セル積層方向(セパレータ積層方向と同じ)に直交する方向にずれており、セル積層方向に互いに重なり合わない。
図8、図9の構造においては、隣接するセパレータ18の周囲長さが異なっている。したがって、隣接するセパレータ18の一方のセパレータは他方のセパレータより一回り小さい。隣接するセパレータ18は、一つのセルの電解質膜11を挟んでその両側にある2つのセパレータ18であってもよいし、隣接するセルのアノード側セパレータとカソード側セパレータであってもよい。「周囲長さ」は、図8の例では、セパレータ外縁部の周囲長さである。ここで、セパレータ18の「周囲長さ」とは、突起33部分では、突起33の両側の突起33のない部分のセパレータ縁部をつないだ線で図った周囲長さとする。
接着剤溜まり41は突起31を含むセパレータ18の表面に形成された凹部45または凹状段部46からなる。
セル化時およびモジュール化時、またはスタック化時、セパレータ18は組立治具の基準部34に当てられるが、突起33で基準部34に当てられる。突起先端部からの接着剤32のはみ出しはない。そのため、従来のようにセパレータ縁部からはみ出した接着剤が、組立治具の基準部に付着し、それによって、セル積層位置決め精度の低下が生じることが、起こらない。
また、接着剤溜まり41が突起33またはセパレータ18の少なくとも突起33近傍に形成されているので、接着剤32の突起先端からのはみ出しが効果的に抑制される。
11 電解質膜
12、15 触媒層
13、16 拡散層
14 電極(アノード、燃料極)
17 電極(カソード、空気極)
18 セパレータ
18A 周囲長さが長い方のセパレータ
18B 周囲長さが短い方のセパレータ
19 セル
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 接着剤
32R ガスケット
33 突起
33a アノード側セパレータの突起
33b カソード側セパレータの突起
34 組立治具の基準部
35 マニホールドの第1の長手方向辺
36 マニホールドの第2の長手方向辺
37 梁
38 第1の長手方向辺とセパレータ縁部との間の細長いセパレータ部分
39 周囲長さが短い方のセパレータ18Bの外縁部の端面
40 周囲長さが長い方のセパレータ18Aの外縁部のセパレータ面
41 接着剤溜まり
42 曲面またはチャンファ
43 マニホールド周長長さが短い方のセパレータ端縁
44 マニホールド周長長さが長い方のセパレータ端縁
45 凹部
46 凹状段部
Claims (4)
- 膜−電極アッセンブリであるMEAとセパレータを組み合わせて構成した単セルを積層した燃料電池積層構造であって、燃料電池のセパレータの縁部に、該縁部からセル積層方向に直交する方向に突出し燃料電池組立時に組立治具の基準部に当てられる先端部を有する突起を形成し、隣接するセパレータ同士で、前記突起の位置をセル積層方向と直交する方向にずらし、前記突起の表面には接着剤を塗布しないようにした燃料電池積層構造。
- 前記セパレータが矩形状であり、前記突起がセパレータの矩形の角部に形成されている請求項1記載の燃料電池積層構造。
- 隣接する前記セパレータの周囲長さが異なる請求項1記載の燃料電池積層構造。
- 前記セパレータの端面に曲面またはチャンファが形成されている請求項3記載の燃料電池積層構造。
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