JP5205787B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施例である燃料電池1の断面図である。この燃料電池1は、膜電極接合体一体型シール部20と、セパレータ30とを交互に積層して構成される。膜電極接合体一体型シール部20とセパレータ30との間には、ガス流路部26または27が配される。なお、以下では、膜電極接合体一体型シール部20を「MEA(Membrane Electrode Assembly)一体型シール部20」と表記する。
この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
図5は、変形例におけるMEA一体型シール部20と、セパレータ30と、ガス流路部26,27との積層方法を示す図である。上記実施例においては、粘着性が低い第1の部分61は、第2の部分62全体を覆っている。しかし、可変部材(上記実施例において充填材60)の第1の部分と第2の部分とは、他の態様をすることもできる。
上記実施例では、充填材60は、第1の部分61と、第1の部分に覆われる第2の部分と、を有している。しかし、充填材60は、互いに異なる素材で構成される3以上の部分を有する態様とすることもできる。そのような態様においては、3以上の部分のうち、ガス拡散層24,25と接する第1の部分は、ガス拡散層24,25と接しない第2の部分に比べて粘着性が低い素材で設けられることが好ましい。
ガス流路部26,27やガス拡散層24,25をシールするための可変部材(上記実施例において充填材60)は、外力によって任意の形状とすることができる素材で構成することができる。また、ガス流路部26,27やガス拡散層24,25をシールするための可変部材は、外力によってある程度まで変形できるが、いったん複数の部材に切り離された場合には再び一体の部材とはなりえない部材として構成することもできる。なお、そのような態様においては、ガス流路部26,27やガス拡散層24,25をシールするための部材は、あらかじめ環状の状態で配することが好ましい。すなわち、ガス流路部26,27やガス拡散層24,25をシールするための部材は、柔軟性があり、反応ガスを透過しない素材で構成することができる。
上記実施例では、充填材60の第1の部分61と第2の部分62とは、それぞれ−30°C〜120°C程度の環境下で不可逆な変質を起こさない素材で設けられる。しかし、可変部材(上記実施例において充填材60)の第1の部分と第2の部分は、他の特性を備える素材で設けることもできる。
上記実施例では、充填材60の第1の部分61と第2の部分62とは、それぞれ−30°C〜120°C程度の環境下で硫酸と反応しない素材で設けられる。しかし、可変部材(上記実施例において充填材60)の第1の部分と第2の部分は、他の特性を備える素材で設けることもできる。
上記実施例においては、充填材60は、ガス拡散層24,25の外周部に沿って複数の部分に配される。しかし、充填材60は、ガス拡散層24,25の外周部の全周にわたって連続的に(言い換えれば環状に)、配することもできる。そのような態様とすれば、MEA一体型シール部20(MEA22)とセパレータ30の間において、より確実にガス流路部26,27ならびにガス拡散層24,25をシールすることができる。
上記実施例では、MEA一体型シール部20の両面に、ガス拡散層24およびシール部28に接する充填材60と、ガス拡散層25およびシール部28に接する充填材60と、を設けた。しかし、ガスを流通させる多孔体部と接するように配する可変部材は、各構成の積層前において、MEA一体型シール部20側ではなく、セパレータ30やガス流路部26,27に接して配することもできる(図5上段参照)。
上記実施例では、まず、ガス流路部26,27とセパレータ30とが接合される(図3参照)。しかし、MEA一体型シール部20と、セパレータ30と、ガス流路部26,27との接合の順番は、この順番に限られない。たとえば、MEA一体型シール部20に対して、まずガス流路部26やガス流路部27を接合し、その後、セパレータ30を接合することもできる。
上記実施例においては、酸化ガスを触媒層および電解質膜に伝える構成は、多孔体で構成されるガス流路部26とカーボンペーパで構成されるガス拡散層24であった。また、燃料ガスを触媒層および電解質膜に伝える構成は、多孔体で構成されるガス流路部27とカーボンペーパで構成されるガス拡散層25であった。
上記実施例では、セパレータ30は、ステンレスで構成されている。しかし、セパレータは、ステンレス以外にも、耐腐食性の高い金属やカーボンなど、他の素材で構成することもできる。ただし、セパレータは、酸化ガスおよび燃料ガスを透過せず、かつ、酸化ガスおよび燃料ガスならびにそれらの電気化学反応の結果として生成される物質と反応しない素材を使用して構成することが好ましい。ただし、セパレータの一部であってそれらの物質と接触しない部分については、それら酸化ガスおよび燃料ガスならびにそれらの電気化学反応の結果として生成される物質と反応する素材や、それらの物質を透過する素材を使用することもできる。
上記実施例では、セパレータとして、平坦な3枚のプレートを積層して構成される三層構造セパレータを用いている。しかし、セパレータは、他の構成とすることもできる。すなわち、セパレータは、ガス拡散層24,25(拡散層部)に反応ガスを供給し、ガス拡散層24,25から受け取った反応ガスを排出し、それら供給および排出のための流路以外の箇所においてセパレータの一方の側から他方の側に反応ガスを漏出させない構成であれば、任意の構成を採用することができる。
22…MEA(膜電極接合体)
24,25…ガス拡散層
26,27…ガス流路部
26e,27e…ガス流路部26,27の外周端部
28…シール部
30…セパレータ
31…カソード側プレート
32…中間プレート
33…アノード側プレート
34…冷媒流路
40〜45…穴
40…穴(酸化ガス供給マニホールドMOp)
41…穴(酸化ガス排出マニホールドMOe)
42…穴(冷媒供給マニホールド)
43…穴(燃料ガス排出マニホールド)
44…穴(燃料ガス供給マニホールド)
45…穴(冷媒排出マニホールド)
50…酸化ガス供給用の穴
51…酸化ガス排出用の穴
55…カソード側プレート31とアノード側プレート33の間の空隙
56…カソード側プレート31とアノード側プレート33の間の空隙
60…充填材
61…第1の部分
62…第2の部分
81…尾根部281と充填材60との間の空間
82…尾根部281と充填材60との間の空間
281…尾根部
3140〜3145,3340〜3345…穴
3140〜3145…カソード側プレート31の穴
3340〜3345…アノード側プレート33の穴
AOi…MEA22に供給される酸化ガスの流れを示す矢印
AOo…MEA22から排出される酸化ガスの流れを示す矢印
Ap…MEA一体型シール部20とセパレータ30の積層方向に垂直な方向を示す矢印
As…MEA一体型シール部20とセパレータ30の積層方向を示す矢印
MOe…酸化ガス排出マニホールド
MOp…酸化ガス供給マニホールド
Claims (4)
- 反応ガスと接触して発電を行う電解質膜と、
前記電解質膜に前記反応ガスを供給するための多孔体部であって前記電解質膜と接触して配される拡散層部を含む多孔体部と、
前記反応ガスを透過しない素材を使用して構成され、前記多孔体部に対して前記電解質膜とは逆の側に配されるセパレータと、
前記多孔体部および前記セパレータと密着し前記電解質膜と前記セパレータとの間において前記多孔体部をシールする可変部材であって、前記拡散層部と接触する第1の部分と、前記拡散層部と接触せず前記第1の部分よりも柔らかい素材で構成される第2の部分と、を有する可変部材と、を備え、
前記第1の部分は、シリコンゴム、EPDM、フッ素系ゴムであり、
前記第2の部分は、熱可塑性エラストマーである、燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記可変部材において、前記第1の部分は前記第2の部分を覆っている、燃料電池。 - 請求項1または2に記載の燃料電池であって、
前記可変部材は、−30°C〜120°C程度の環境下において不可逆な変質を起こさない素材で構成される、燃料電池。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第1の部分は、硫酸との間で反応を起こさない素材で構成される、燃料電池。
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