JP5239960B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池のセルアセンブリの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a cell assembly of a solid polymer electrolyte fuel cell.
固体高分子電解質型燃料電池の1つのセルのアセンブリ(以下、「セルアセンブリ」と呼ぶ)は、従来、膜電極接合体(「MEA」あるいは「MEGA」とも呼ばれる)を、両側からセパレータのアセンブリ(以下、「セパレータアセンブリ」と呼ぶ)で挟持して、ラミネートあるいはロウ付けにより接合させた構造を有している。 An assembly of one cell of a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “cell assembly”) has conventionally been made by combining a membrane electrode assembly (also referred to as “MEA” or “MEGA”) with a separator assembly (from both sides) (Hereinafter referred to as “separator assembly”) and bonded by lamination or brazing.
しかしながら、セパレータアセンブリを膜電極接合体にラミネートあるいはロウ付けにより接合させる構造では、装置コスト低減化や軽量化の面で不十分であり、さらなる工夫による低コスト化や軽量化が望まれている。 However, the structure in which the separator assembly is bonded to the membrane electrode assembly by laminating or brazing is insufficient in terms of reducing the apparatus cost and reducing the weight, and further reduction in cost and weight is desired by further efforts.
本発明は、燃料電池のセルアセンブリの構造のさらなる工夫により、装置の低コスト化、軽量化を図る技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for reducing the cost and weight of a device by further devising the structure of a cell assembly of a fuel cell.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
燃料電池のセルアセンブリであって、
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第1と第2のセパレータと、前記第2のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第3のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第3のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第3のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第1ないし第3のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。
適用例1の燃料電池のセルアセンブリによれば、従来のように、ラミネートやロウでセパレータアセンブリを膜電極接合体に接合させる作業をなくして、前記膜電極接合体および前記第1ないし第3のセパレータによる燃料電池のセルアセンブリを一体化の構造とすることができ、低コスト化や軽量化が可能かとなる。
[Application Example 1]
A cell assembly of a fuel cell,
A membrane electrode assembly formed by sequentially laminating a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas channel on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the gas channel on both sides of the membrane electrode assembly A laminate comprising: first and second separators stacked to block gas flowing through the second separator; and a third separator for forming a cooling medium flow path stacked on the upper surface of the second separator. With
On the surface of the laminate on which the third separator is laminated, the cooling medium flow path formed by the third separator, the refrigerant supply / discharge hole with respect to the cooling medium flow path, and the gas flow path By providing a gasket so as to cover a side wall of the manifold hole without covering a plurality of manifold holes and gas guide grooves for performing supply and discharge of gas, the membrane electrode assembly, and the first A cell assembly of a fuel cell, wherein the third separator and the third separator are integrated.
According to the cell assembly of the fuel cell of Application Example 1, it is possible to eliminate the operation of joining the separator assembly to the membrane electrode assembly by lamination or brazing as in the prior art, and the membrane electrode assembly and the first to third components. The cell assembly of the fuel cell using the separator can be made into an integrated structure, and it is possible to reduce the cost and weight.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池のセルアセンブリ、これを用いた燃料電池や燃料電池スタック、この燃料電池を用いた燃料電池システム等の種々の形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms, for example, various types of fuel cell assembly, a fuel cell and a fuel cell stack using the cell assembly, a fuel cell system using the fuel cell, and the like. It can be realized in the form.
本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池のセルアセンブリ10を示す概略平面図である。図中、クロスハッチングで示す領域はセルアセンブリ10の最上面に設けられたガスケット100を示しており、破線で示すラインは、ガスマニホールド孔12,13およびガス案内溝14,15を通過する第1のガスと,ガスマニホールド孔22,23およびくし歯状のガス案内溝24,25を通過する第2のガスと、冷媒マニホールド孔32、33および冷媒流路34を通過する冷媒と、をそれぞれ、互いにシールドするためのシールドラインを示している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic plan view showing a
図2は、図1の概略断面であり、図2(A)が図1のA−A断面を示し、図2(B)が図1のB−B断面を示している。 2 is a schematic cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 2 (A) shows the AA cross section of FIG. 1, and FIG. 2 (B) shows the BB cross section of FIG. 1.
図2(A),(B)に示すように、このセルアセンブリ10は、両面に触媒電極層が積層される固体高分子電解質膜(以下、単に「電解質膜」と呼ぶ)210の両面にガス拡散層220,230、ガス流路240,250、セパレータ260,270を積層し、セパレータ260の上面に冷媒流路34中の整流用のセパレータ280を積層した積層体200を有する。そして、この積層体200の上面において、整流用のセパレータ280を含む冷媒流路34と、冷媒マニホールド孔32,33と、第1のガスに対応するガスマニホールド孔12,13およびガス案内溝14,15と、記第2のガスに対応するガスマニホールド孔22,23およびくし歯状のガス案内溝24,25を除いて、各マニホールド孔12,13,22,23,32,34の側壁を全体的に覆うように、ガスケットを密接して設けた構成を有している。ガスケット100くしの上面には、シールラインに沿ってシール部110が設けられている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, this
図3は、実施例の燃料電池のセルアセンブリを複数スタックした状態を示す説明図である。図3に示すように、複数のセルアセンブリをスタックした際には、下側のセパレータ270にシール部110が密接することになるので、確実に、第1のガスと、第2のガスと、冷媒と、をそれぞれ互いにシールすることが可能である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which a plurality of cell assemblies of the fuel cell of the embodiment are stacked. As shown in FIG. 3, when the plurality of cell assemblies are stacked, the
以上のように、本実施例の燃料電池のセルアセンブリ10は、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。
As described above, the
なお、第1の実施例は、以下で説明する態様に変形することもできる。図4は、第1実施例の燃料電離のセルアセンブリの変形例を示す説明図である。図4(A)に示すように、最下部のセパレータ270のうち、マニホールドのさらに外側にあるセパレータ270の部分をプレスしてもよいし、かしめて変形させてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリの剛性を高めて、ガスケットによるシール性を向上させることができる。
Note that the first embodiment can be modified to a mode described below. FIG. 4 is an explanatory view showing a modification of the fuel ionization cell assembly of the first embodiment. As shown in FIG. 4A, a portion of the
また、マニホールドの外周部に設けられたシール部は、図4(B)に示すように、ベースとなる底寸部を設けて、シール部を設けるようにしてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリをスタックした際のシール性をよりいっそう向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 4B, the seal portion provided on the outer peripheral portion of the manifold may be provided with a bottom dimension portion serving as a base to provide a seal portion. By doing so, the sealing performance when the cell assemblies are stacked can be further improved.
また、セパレータ260を、図4(C)に示すように、マニホールドの外周部にまで設けるようにしてもよい。セパレータ270とあわせることにより、製造の容易性が向上する。反対に、セパレータ270をセパレータ260と同様に、マニホールドの内側にのみ設ける構成であってもよい。
Further, as shown in FIG. 4C, the
なお、以上第1実施例および変形例では、セパレータ260と冷媒整流用のセパレータ280は別体の構造であるものとして説明してきたが、一体化構造のセパレータであってもよい。
In the first embodiment and the modification, the
B.第2実施例:
図5は、本発明の第2実施例としての燃料電池セルのセルアセンブリ10Aを示す概略平面図である。図1に示すように、第1実施例の燃料電池のセルアセンブリ10は、上下のガスマニホールド孔22,23にくし歯状のガス案内溝24,25が設けられており、冷媒流路34中に冷媒案内用のくし歯36,38が設けられている例を示しているが、図5に示した本実施例のセルアセンブリ10Aのように、くし歯状の案内溝や冷媒案内用のくし歯は省略することができる。なお、そのA−A断面図は、第1実施例の図2(B)に示したB−B断面図とほぼ同じであるので、図示および説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a schematic plan view showing a
第2実施例においても、第1実施例のセルアセンブリと同様に、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。また、図4を用いて説明した変形例を適用することも可能である。 In the second embodiment, as in the case of the cell assembly of the first embodiment, there is no need for a step of bonding to the electrode assembly and the gas flow path using a laminate or a brazing material as in the conventional cell assembly. Cost and weight can be reduced. Further, the modification described with reference to FIG. 4 can be applied.
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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る。 In addition, this invention is not restricted to said Example and embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to implement in various aspects.
10…セルアセンブリ
10A…セルアセンブリ
12,13…ガスマニホールド孔
14、15…ガス案内溝
22、23…ガスマニホールド孔
24,25…ガス案内溝
32、33…冷媒マニホールド孔
34…冷媒流路
36,38…くし歯
100…ガスケット
110…シール部
200…積層体
210…電解質膜
220,230…ガス拡散層
240,250…ガス流路
260…セパレータ
270…セパレータ
280…セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第1と第2のセパレータと、前記第2のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第3のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第3のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第3のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第1ないし第3のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。 A cell assembly of a fuel cell,
A membrane electrode assembly formed by sequentially laminating a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas channel on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the gas channel on both sides of the membrane electrode assembly A laminate comprising: first and second separators stacked to block gas flowing through the second separator; and a third separator for forming a cooling medium flow path stacked on the upper surface of the second separator. With
On the surface of the laminate on which the third separator is laminated, the cooling medium flow path formed by the third separator, the refrigerant supply / discharge hole with respect to the cooling medium flow path, and the gas flow path By providing a gasket so as to cover a side wall of the manifold hole without covering a plurality of manifold holes and gas guide grooves for performing supply and discharge of gas, the membrane electrode assembly, and the first A cell assembly of a fuel cell, wherein the third separator and the third separator are integrated.
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