JP5137478B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体のいずれかである流体を積層方向に供給する流体連通孔が前記積層方向に形成される燃料電池に関する。 The present invention includes an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte, the electrolyte / electrode structure and a metal separator are stacked, and at least a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium. The present invention relates to a fuel cell in which fluid communication holes for supplying any fluid in the stacking direction are formed in the stacking direction.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has a power generation cell. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
上記の燃料電池には、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガス(流体)を流すための燃料ガス流路(流体流路)と、カソード側電極に対向して酸化剤ガス(流体)を流すための酸化剤ガス流路(流体流路)とが設けられている。さらに、セパレータの周縁部には、該セパレータの積層方向に貫通して、燃料ガス流路に連通する流体連通孔である燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガス流路に連通する流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔とが形成されている。また、セパレータ間には、電解質膜・電極構造体を冷却するための冷却媒体流路(流体流路)が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔(流体連通孔)が形成されている。 In the fuel cell described above, a fuel gas flow path (fluid flow path) for flowing a fuel gas (fluid) facing the anode side electrode and an oxidant gas facing the cathode side electrode in the plane of the separator An oxidant gas flow path (fluid flow path) for flowing (fluid) is provided. Further, a fuel gas inlet communication hole and a fuel gas outlet communication hole that are fluid communication holes that penetrate the separator in the stacking direction and communicate with the fuel gas flow path, and an oxidant gas flow path An oxidant gas inlet communication hole and an oxidant gas outlet communication hole, which are fluid communication holes communicating with each other, are formed. In addition, a cooling medium flow path (fluid flow path) for cooling the electrolyte membrane / electrode structure is provided between the separators, and a cooling medium inlet communication that penetrates in the stacking direction and communicates with the cooling medium flow path. A hole and a cooling medium outlet communication hole (fluid communication hole) are formed.
この場合、流体流路と流体連通孔とは、流体を円滑且つ均等に流すために平行溝部等を有する連結流路を介して連通している。ところが、セパレータと電解質・電極構造体とを、シール部材を介装して締め付け固定する際に、このシール部材が連結流路内に進入してしまい、所望のシール性を維持することができず、しかも反応ガスが良好に流れないという問題がある。 In this case, the fluid channel and the fluid communication hole communicate with each other via a connection channel having parallel grooves or the like in order to allow fluid to flow smoothly and evenly. However, when the separator and the electrolyte / electrode structure are clamped and fixed with a seal member interposed therebetween, the seal member enters the connecting flow path, and the desired sealing performance cannot be maintained. In addition, there is a problem that the reaction gas does not flow well.
そこで、特許文献1に開示されている固体高分子型燃料電池スタックでは、図14に示すように、セパレータ1の面内に蛇行する反応ガス流路、例えば、酸化剤ガス流路2が形成されている。この酸化剤ガス流路2は、セパレータ1の周縁部に積層方向に貫通した酸化剤ガス供給用貫通孔3と酸化剤ガス排出用貫通孔4とに連通している。セパレータ1にはパッキン5が配置されており、このセパレータ1の面内で貫通孔3、4と酸化剤ガス流路2とを連通するとともに、他の貫通孔をこれらからシールしている。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell stack disclosed in
貫通孔3、4と酸化剤ガス流路2とを連通する連結流路6a、6bには、この連結流路6a、6bを覆ってシール部材であるSUS板7が配置されている。SUS板7は長方形状に構成されており、それぞれ2箇所に耳部7a、7bが設けられるとともに、各耳部7a、7bは、セパレータ1に形成された段差部8に嵌合している。
In the
このように、特許文献1では、SUS板7が連結流路6a、6bを覆っているために、高分子膜(図示せず)及びパッキン5が酸化剤ガス流路2に落ち込むことがなく、所望のシール性を確保して、反応ガスの圧力損失の増大を防止することができる、としている。
Thus, in
しかしながら、上記の特許文献1では、セパレータ1の連結流路6a、6bにそれぞれSUS板7が装着されており、前記SUS板7の装着作業が煩雑である。特に、数十〜数百の燃料電池が積層される場合には、SUS板7の装着工程が相当に煩雑で且つ時間のかかるものとなってしまうとともに、コストが大幅に高騰するという問題がある。
However, in
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池の組立工程が有効に簡素化されるとともに、経済的且つ簡単な構成で、所望のシール機能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of effectively simplifying the assembly process of the fuel cell and ensuring a desired sealing function with an economical and simple configuration. The purpose is to provide.
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体のいずれかである流体を前記金属セパレータの面方向に流す流体流路と、前記流体を積層方向に供給する流体連通孔とが形成される燃料電池に関するものである。 The present invention includes an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte, the electrolyte / electrode structure and a metal separator are stacked, and at least a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium. The present invention relates to a fuel cell in which a fluid flow path for flowing one of the fluids in the surface direction of the metal separator and a fluid communication hole for supplying the fluid in the stacking direction are formed.
そして、金属セパレータには、流体流路と流体連通孔との間を仕切るゴム製壁部材が設けられるとともに、前記ゴム製壁部材には、前記流体流路と前記流体連通孔とを連通する通路部と、前記通路部を流れる流体の流れ方向に向かって延在し、積層方向に切り欠かれる溝部と、前記溝部の少なくとも一部を閉塞し、前記流体の流れを阻止可能な隔壁部とが設けられている。 The metal separator is provided with a rubber wall member that partitions between the fluid flow path and the fluid communication hole, and the rubber wall member has a passage that communicates the fluid flow path and the fluid communication hole. A groove portion that extends in the flow direction of the fluid flowing through the passage portion and is notched in the stacking direction, and a partition wall portion that blocks at least a part of the groove portion and can block the flow of the fluid. Is provided.
また、金属セパレータのゴム製壁部材が設けられる一方の面とは反対の他方の面には、前記ゴム製壁部材に積層方向に重なり合ってシール用凸部が設けられることが好ましい。さらに、隔壁部は、金属セパレータに対してゴム製壁部材と一体成形されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the other surface opposite to the surface on which the rubber wall member of the metal separator is provided is provided with a sealing convex portion overlapping the rubber wall member in the stacking direction. Further, it is preferable that the partition wall is integrally formed with the rubber wall member with respect to the metal separator.
さらにまた、金属セパレータは、ゴム製壁部材と共に一体成形されて流体の漏れを阻止するためのゴム製シール部材を備えることが好ましい。 Furthermore, the metal separator is preferably provided with a rubber seal member that is integrally formed with the rubber wall member to prevent fluid leakage.
本発明によれば、流体流路と流体連通孔との間を仕切るゴム製壁部材は、比較的大きな寸法に構成されており、このゴム製壁部材に溝部を形成することによって、前記ゴム製壁部材自体の弾性を高めることができる。ゴム製壁部材の圧縮荷重特性が低下するからである。このため、金属セパレータは、積層方向の密着性が向上し、所望のシール性を確保することが可能になる。 According to the present invention, the rubber wall member for partitioning between the fluid flow path and the fluid communication hole is configured to have a relatively large size, and the rubber wall member is formed by forming a groove in the rubber wall member. The elasticity of the wall member itself can be increased. This is because the compression load characteristics of the rubber wall member are deteriorated. For this reason, the metal separator has improved adhesion in the stacking direction, and can secure a desired sealing property.
しかも、溝部の少なくとも一部を閉塞し、流体の流れを阻止する隔壁部が設けられている。従って、流体は、通路部のみを流れることになり、所定量の流体を確実に流通させることができ、所望の発電性能や冷却性能を確保することが可能になる。 And the partition part which obstruct | occludes at least one part of a groove part and blocks | prevents the flow of the fluid is provided. Therefore, the fluid flows only through the passage portion, and a predetermined amount of fluid can be reliably circulated, so that desired power generation performance and cooling performance can be ensured.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視説明図である。図2は、複数の燃料電池10を矢印A方向に積層する燃料電池スタック12の、図1中、II−II線断面説明図であり、図3は、前記燃料電池スタック12の、図1中、III−III線断面説明図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a
図1に示すように、燃料電池10は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)14が、第1及び第2金属セパレータ16、18に挟持されている。第1及び第2金属セパレータ16、18は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等により構成される。
As shown in FIG. 1, in the
燃料電池10の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔20a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22b、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔24bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
One end edge of the
燃料電池10の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔24a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22a、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔20bが、矢印C方向に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔20a、酸化剤ガス出口連通孔20b、冷却媒体入口連通孔22a、冷却媒体出口連通孔22b、燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bは、流体連通孔を構成する。
The other end edge in the direction of arrow B of the
図1及び図4に示すように、第1金属セパレータ16の電解質膜・電極構造体14側の面16aには、例えば、矢印B方向に延在する酸化剤ガス流路(流体流路)26が設けられる。酸化剤ガス流路26は、第1金属セパレータ16を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部を備えており、前記酸化剤ガス流路26と酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bとは、連結流路28a、28bを介して連通する。
As shown in FIGS. 1 and 4, for example, an oxidant gas channel (fluid channel) 26 extending in the direction of arrow B is formed on the
第1金属セパレータ16の面16a、16bには、この第1金属セパレータ16の外周端部を周回して、第1シール部材(ゴム製シール部材)32が焼き付けや射出成形等により一体化される。第1シール部材32は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
A first seal member (rubber seal member) 32 is integrated with the
第1シール部材32は、第1金属セパレータ16の面16aに一体化される第1平面部34と、前記第1金属セパレータ16の面16bに一体化される第2平面部36とを備える。図4に示すように、第1平面部34は、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bを酸化剤ガス流路26に連通するようにこれらの周囲を囲繞して形成される一方、第2平面部36は、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bを冷却媒体流路(後述する)に連通して形成される。
The
図1及び図5に示すように、第2金属セパレータ18の電解質膜・電極構造体14側の面18aには、燃料ガス入口連通孔24aと燃料ガス出口連通孔24bとに連通し、矢印B方向に延在する燃料ガス流路(流体流路)40が形成される。燃料ガス流路40は、複数の溝部を備えるとともに、前記燃料ガス流路40と燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bとは、後述するように、連結流路42a、42bを介して連通する。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
図1に示すように、第2金属セパレータ18の面18aとは反対の面18bには、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体出口連通孔22bとに連通する冷却媒体流路(流体流路)46が形成される。
As shown in FIG. 1, a cooling medium flow path (fluid flow path) communicating with the cooling medium
第2金属セパレータ18の面18a、18bには、この第2金属セパレータ18の外周端部を周回して、第2シール部材(ゴム製シール部材)48が一体化される。この第2シール部材48は、上記の第1シール部材32と同一の材料で構成される。
A second seal member (rubber seal member) 48 is integrated with the
図5に示すように、第2シール部材48は、第2金属セパレータ18の外周端部に近接して面18aに設けられる外側凸状シール50aを備え、この外側凸状シール50aから内方に所定の距離だけ離間して内側凸状シール50bが設けられる。この内側凸状シール50bは、燃料ガス流路40を閉塞している。
As shown in FIG. 5, the
面18aには、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bの近傍に位置して、それぞれゴムブリッジ(ゴム製壁部材)52a、52bが形成される。図5及び図6に示すように、ゴムブリッジ52aには、酸化剤ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス流路26とを連通する通路部56aが複数形成される。ゴムブリッジ52aは、実質的に2分割される。通路部56a間には、この通路部56aよりも幅狭な複数の溝部58aが形成されるとともに、ゴムブリッジ52aには、前記溝部58aを2個所で閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する一対の隔壁部60aが設けられる。
On the
隔壁部60aは、第2金属セパレータ18に対してゴムブリッジ52aと一体成形されており、溝部58aの開放側に向かって山形状に構成される。燃料ガスの流れを確実に阻止するために、隔壁部60aの高さは、ゴムブリッジ52aが圧縮される高さ又はそれ以上の高さに設定されることが好ましい。ゴムブリッジ52aは、成形時(無荷重時)の高さが積層圧縮時の高さに比べて大きくなってしまうからである。なお、隔壁部60aは、ゴムブリッジ52aとは別体に形成されてこのゴムブリッジ52aに固着されていてもよい。
The
図5に示すように、ゴムブリッジ52bには、同様に酸化剤ガス出口連通孔20bと酸化剤ガス流路26とを連通する通路部56bが複数形成される。通路部56b間には、この通路部56bよりも幅狭な複数の溝部58bが形成されるとともに、ゴムブリッジ52bには、前記溝部58bを2個所で閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する一対の隔壁部60bが設けられる。
As shown in FIG. 5, the
図7に示すように、第2金属セパレータ18の面18bには、第2シール部材48を構成する外側凸状シール62aと、この外側凸状シール62aの内方に離間し冷却媒体流路46を囲繞して設けられる内側凸状シール62bとが形成される。
As shown in FIG. 7, on the
冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bの近傍に位置して、それぞれゴムブリッジ(ゴム製壁部材)64a、64bが形成される。ゴムブリッジ64aには、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体流路46とを連通する通路部66aが複数形成される。通路部66a間には、この通路部66aよりも幅狭な複数の溝部68aが形成されるとともに、ゴムブリッジ64aには、前記溝部68aを2個所で閉塞し、冷却媒体の流れを阻止する一対の隔壁部69aが設けられる。
Rubber bridges (rubber wall members) 64a and 64b are formed in the vicinity of the cooling medium
ゴムブリッジ64bには、同様に冷却媒体出口連通孔22bと冷却媒体流路46とを連通する通路部66bが複数形成される。通路部66b間には、この通路部66bよりも幅狭な複数の溝部68bが形成されるとともに、ゴムブリッジ64bには、前記溝部68bを2個所で閉塞し、冷却媒体の流れを阻止する一対の隔壁部69bが設けられる。
Similarly, the
図2及び図3に示すように、第2金属セパレータ18の両面では、ゴムブリッジ52a、52bが、外側凸状シール62aの一部(シール用凸部)に積層方向に重なり合う一方、ゴムブリッジ64a、64bが、外側凸状シール50aの一部(シール用凸部)に積層方向に重なり合っている。
As shown in FIGS. 2 and 3, on both surfaces of the
図7に示すように、第2金属セパレータ18の面18bには、それぞれ燃料ガス入口連通孔24a及び燃料ガス出口連通孔24bに連通する複数の通路65a、65bが形成される。各通路65a、65bは、複数の孔部67a、67bに連通するとともに、前記孔部67a、67bは、面18aに設けられた燃料ガス流路40に連通する(図5参照)。
As shown in FIG. 7, a plurality of
図1に示すように、電解質膜・電極構造体14は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜70と、前記固体高分子電解質膜70を挟持するアノード側電極72及びカソード側電極74とを備える。アノード側電極72の表面積は、カソード側電極74及び固体高分子電解質膜70の表面積よりも小さく設定され、所謂、段差MEAを構成する。
As shown in FIG. 1, the electrolyte membrane /
アノード側電極72及びカソード側電極74は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜70を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜70の両面に接合されている。
The
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、燃料ガス入口連通孔24aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔20aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas
このため、燃料ガスは、図5に示すように、第2金属セパレータ18の燃料ガス入口連通孔24aから通路65aを通った後、複数の孔部67aから面18a側に移動して燃料ガス流路40に導入される。燃料ガス流路40では、燃料ガスが矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体14を構成するアノード側電極72に供給される。
Therefore, as shown in FIG. 5, the fuel gas passes through the
一方、酸化剤ガスは、図2及び図6に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aから第2金属セパレータ18に設けられたゴムブリッジ52aの各通路部56aを通って第1金属セパレータ16の酸化剤ガス流路26に導入される。これにより、酸化剤ガスは、図1及び図4に示すように、酸化剤ガス流路26を矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体14を構成するカソード側電極74に供給される。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 6, the oxidant gas passes through the
従って、電解質膜・電極構造体14では、カソード側電極74に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極72に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、アノード側電極72に供給されて消費された燃料ガスは、複数の孔部67bから通路65bに移動した後、燃料ガス出口連通孔24bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極74に供給されて消費された酸化剤ガスは、ゴムブリッジ52bの通路部56bから酸化剤ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the fuel gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、図7に示すように、ゴムブリッジ64aの各通路部66aを通って第1及び第2金属セパレータ16、18間の冷却媒体流路46に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体14を冷却した後、ゴムブリッジ64bの各通路部66bを通って冷却媒体出口連通孔22bに排出される。
Further, as shown in FIG. 7, the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図5及び図6に示すように、酸化剤ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス流路26との間を仕切るゴムブリッジ52aには、前記酸化剤ガス入口連通孔20aと前記酸化剤ガス流路26とを連通する1以上の通路部56aが形成されている。さらに、通路部56a間には、幅狭な複数の溝部58aが形成されており、比較的寸法の大きなゴムブリッジ52aが複数に分割されている。このため、ゴムブリッジ52aの圧縮荷重特性が低下し、前記ゴムブリッジ52a自体の弾性を有効に高めることができる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the oxidant gas inlet is provided in the
従って、燃料電池10が積層方向に締め付けられて、積層方向に重なり合っているゴムブリッジ52aと外側凸状シール62aの一部とに締め付け荷重が付与される際、前記ゴムブリッジ52aと前記外側凸状シール62aの一部との圧縮率が近似することになる。
Accordingly, when the
このため、例えば、幅狭な外側凸状シール62aの圧縮率が高くなって大きなへたりが発生し、幅広で圧縮率の低いゴムブリッジ52aがシールに必要な線圧を保持できなくなる等の不具合を回避することができる。これにより、ゴムブリッジ52a及び外側凸状シール62aでは、それぞれシールに必要な所望の線圧を保持することができ、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の漏れ等を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
For this reason, for example, the compression rate of the narrow outer
さらに、ゴムブリッジ52aには、溝部58aを閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止するために隔壁部60aが設けられている。従って、酸化剤ガスは、通路部56aのみを流れるため、酸化剤ガス流路26に供給される前記酸化剤ガスの流量を所定量に確実に維持することができ、所望の発電性能を確保することが可能になる。なお、ゴムブリッジ52bは、上記のゴムブリッジ52aと同様の効果が得られる。
Further, the
一方、図7に示すように、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体流路46との間を仕切るゴムブリッジ64aには、前記冷却媒体入口連通孔22aと前記冷却媒体流路46とを連通する1以上の通路部66aが形成されるとともに、前記通路部66a間には、それぞれ一対の隔壁部69aにより閉塞される複数の溝部68aが形成されている。このため、比較的寸法の大きなゴムブリッジ64aを複数に分割して前記ゴムブリッジ64aの圧縮率を高めることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the cooling medium
これにより、ゴムブリッジ64aと積層方向に重なり合う凸部50とは、それぞれの圧縮率が同等に調整されるため、前記ゴムブリッジ64aにおける冷却媒体の漏れや外側凸状シール50aにおける燃料ガスの漏れ等を良好に阻止することが可能になる等、上記のゴムブリッジ52aと同様の効果が得られる。なお、冷却媒体出口連通孔22bと冷却媒体流路46とを仕切るゴムブリッジ64bは、上記のゴムブリッジ64aと同様の効果が得られる。
As a result, the compression ratio of the
さらにまた、第1の実施形態では、第2金属セパレータ18の面18a、18bに第2シール部材48が一体成形される際、ゴムブリッジ52a、52b、64a及び64bも一体成形されている。その際、隔壁部60a、60b、69a及び69bは、ゴムブリッジ52a、52b、64a及び64bと共に一体成形されている。これにより、シール成形工程が一挙に簡素化され、第2金属セパレータ18の生産性を有効に向上させることができるという利点が得られる。
Furthermore, in the first embodiment, when the
なお、第1の実施形態では、第2金属セパレータ18の面18a、18bにそれぞれ外側凸状シール50a、内側凸状シール50b、外側凸状シール62a及び内側凸状シール62bを設けているが、これに限定されるものではない。例えば、第2金属セパレータ18の面18bに、内側凸状シール62bとゴムブリッジ64a、64bとを一体成形する一方、前記第2金属セパレータ18の面18aには、外側凸状シール50aのみを設けてもよい。また、以下に説明する第2〜第4の実施形態においても、同様である。
In the first embodiment, the outer
図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する第2金属セパレータ80の一方の面18aの説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10を構成する第2金属セパレータ18と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3及び第4の実施形態においても同様に、その説明は省略する。
FIG. 8 is an explanatory view of one
酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bの近傍に位置してそれぞれゴムブリッジ(ゴム製壁部材)82a、82bが形成される。ゴムブリッジ82aは、複数の通路部56aによって、実質的に3分割される。図8及び図9に示すように、通路部56a間には、この通路部56aよりも幅狭な複数の溝部84aが形成されるとともに、ゴムブリッジ82aには、前記溝部84aを1個所で閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する隔壁部86aが設けられる。
Rubber bridges (rubber wall members) 82a and 82b are formed in the vicinity of the oxidant gas
ゴムブリッジ82bは、複数の通路部56bを介して、実質的に3分割されるとともに、前記通路部56b間には、該通路部56bよりも幅狭な複数の溝部84bが形成される。ゴムブリッジ82bには、溝部84bを1個所で閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する隔壁部86bが設けられる。
The
第2金属セパレータ90の面18b側には、図示していないが、ゴムブリッジ64a、64bに代えて、上記のゴムブリッジ82a、82bが設けられる。
Although not shown, the rubber bridges 82a and 82b are provided on the
図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池を構成する第2金属セパレータ90の一方の面18aの説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view of one
酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bの近傍に位置してゴムブリッジ(ゴム製壁部材)92a、92bが形成される。ゴムブリッジ92a、92bは、複数の通路部56a、56bにより、実質的に3分割される。通路部56a、56b間には、前記通路部56a、56bよりも幅狭な複数の溝部94a、94bが形成されるとともに、ゴムブリッジ92a、92bには、前記溝部94a、94bの一端部を閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する隔壁部96a、96bが設けられる(図10及び図11参照)。
Rubber bridges (rubber wall members) 92a and 92b are formed in the vicinity of the oxidant gas
なお、第2金属セパレータ90の面18bには、図示していないが、ゴムブリッジ64a、64bに代えて、ゴムブリッジ92a、92bが設けられる。
Although not shown,
図12は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池を構成する第2金属セパレータ100の一方の面18aの説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view of one
面18aには、酸化剤ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔20bの近傍に位置してそれぞれゴムブリッジ(ゴム製壁部材)102a、102bが形成される。ゴムブリッジ102a、102bは、複数の通路部56a、56bによって、実質的に3分割される。通路部56a、56b間には、この通路部56a、56bよりも幅狭な複数の溝部104a、104bが形成されるとともに、ゴムブリッジ102a、102bには、前記溝部104a、104bの両端部を閉塞し、酸化剤ガスの流れを阻止する一対の隔壁部106a、106bが設けられる(図12及び図13参照)。
On the
なお、面18bには、図示していないが、ゴムブリッジ64a、64bに代えて、ゴムブリッジ102a、102bが設けられる。
Although not shown, the
このように構成される第2〜第4の実施形態では、それぞれ通路部56a、56bと、前記通路部56a、56bよりも幅狭な溝部84a、84b、94a、94b及び104a、104bとを備えており、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second to fourth embodiments configured as described above,
さらに、第4の実施形態では、溝部104a、104bの両端部を閉塞して隔壁部106a、106bが設けられており、前記溝部104a、104bは、通路部56a、56bから閉塞されている。従って、溝部104a、104bへの排水の浸入を良好に阻止することができるという利点がある。
Furthermore, in the fourth embodiment, both end portions of the
10…燃料電池 12…燃料電池スタック
14…電解質膜・電極構造体 16、18、80、90、100…金属セパレータ
20a…酸化剤ガス入口連通孔 20b…酸化剤ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24a…燃料ガス入口連通孔 24b…燃料ガス出口連通孔
26…酸化剤ガス流路 32、48…シール部材
40…燃料ガス流路 46…冷却媒体流路
50a、62a…外側凸状シール 50b、62b…内側凸状シール
52a、52b、64a、64b、82a、82b、92a、92b、102a、102b…ゴムブリッジ
56a、56b、66a、66b…通路部
58a、58b、68a、68b、84a、84b、94a、94b、104a、104b…溝部
60a、60b、69a、69b、86a、86b、96a、96b、106a、106b…隔壁部
70…固体高分子電解質膜 72…アノード側電極
74…カソード側電極
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記金属セパレータには、前記流体流路と前記流体連通孔との間を仕切るゴム製壁部材が設けられるとともに、
前記ゴム製壁部材には、前記流体流路と前記流体連通孔とを連通する通路部と、
前記通路部を流れる前記流体の流れ方向に向かって延在し、前記積層方向に切り欠かれる溝部と、
前記溝部の少なくとも一部を閉塞し、前記流体の流れを阻止可能な隔壁部と、
が設けられることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte, the electrolyte / electrode structure and the metal separator are stacked, and at least one of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium A fuel cell in which a fluid flow path for flowing a fluid in a surface direction of the metal separator and a fluid communication hole for supplying the fluid in a stacking direction are formed;
The metal separator is provided with a rubber wall member that partitions between the fluid flow path and the fluid communication hole,
The rubber wall member has a passage portion communicating the fluid flow path and the fluid communication hole;
A groove that extends in the flow direction of the fluid flowing through the passage and is notched in the stacking direction;
A partition wall that closes at least a part of the groove and can block the flow of the fluid;
A fuel cell comprising:
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