JP5277099B2 - Fuel cell stack - 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スタックに関する。 In the present invention, an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of an electrolyte and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, and a cooling medium is supplied to the metal separator. The present invention relates to a fuel cell stack in which a fluid flow path that flows in the direction of the surface and fluid communication holes that supply the fluid in the stacking direction are formed.
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、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位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 provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.
上記の燃料電池では、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、前記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。 In the fuel cell described above, a fuel gas channel (fluid channel) for flowing a fuel gas (fluid) facing the anode side electrode and an oxidant gas (face) facing the cathode side electrode in the plane of the separator. And an oxidant gas flow path (fluid flow path) for flowing a fluid. 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.
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流体連通孔である冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成されている。すなわち、内部マニホールド型燃料電池を構成している。 A cooling medium flow path (fluid flow path) for cooling the electrolyte membrane / electrode structure is provided between the separators, and a fluid communication hole that penetrates in the stacking direction and communicates with the cooling medium flow path. A cooling medium inlet communication hole and a cooling medium outlet communication hole are formed. That is, an internal manifold type fuel cell is configured.
上記のセパレータとして、金属セパレータが使用される際、前記金属セパレータの表面には、シール部材が一体成形される場合が多い。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図１６に示すように、電解質膜・電極構造体１が、第１金属セパレータ２及び第２金属セパレータ３に挟持されている。
When a metal separator is used as the separator, a seal member is often integrally formed on the surface of the metal separator. For example, in the fuel cell disclosed in
電解質膜・電極構造体１は、固体高分子電解質膜１ａと、前記固体高分子電解質膜１ａを挟持するアノード側電極１ｂ及びカソード側電極１ｃとを備えている。第１金属セパレータ２と電解質膜・電極構造体１のカソード側電極１ｃとの間には、酸化剤ガス流路４が形成されるとともに、第２金属セパレータ３と前記電解質膜・電極構造体１のアノード側電極１ｂとの間には、燃料ガス流路５が形成されている。酸化剤ガス流路４は、第１金属セパレータ２と第２金属セパレータ３との間に形成されている連結流路６を介して酸化剤ガス連通孔７に連通している。
The electrolyte membrane /
第１金属セパレータ２の両面には、第１シール部材８が一体成形される一方、第２金属セパレータ３の両面には、第２シール部材９が一体成形されている。第１シール部材８は、酸化剤ガス連通孔７を囲繞してリブ部８ａを有し、第２シール部材９は、前記酸化剤ガス連通孔７を囲繞してリブ部９ａを有している。リブ部８ａ、９ａが互いに当接することにより、酸化剤ガス連通孔７を流通する酸化剤ガスに抵抗（管摩擦抵抗）が惹起することを阻止している。
A
ところで、上記の特許文献１では、例えば、燃料電池に偏荷重が付与された際に、リブ部８ａ（又は９ａ）が第１シール部材８（又は第２シール部材９）から剥がれるおそれがある。このため、第１金属セパレータ２（又は第２金属セパレータ３）の金属プレートが第１シール部材８（又は第２シール部材９）から酸化剤ガス連通孔７に露出し、絶縁性が低下するという問題がある。しかも、金属プレートが露出するため、酸化剤ガス連通孔７を流通する酸化剤ガスに抵抗（管摩擦抵抗）が惹起するという問題がある。
By the way, in the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、金属セパレータの流体連通孔に金属部位が露呈することを可及的に阻止し、絶縁性を良好に維持することが可能な燃料電池スタック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 stack capable of preventing the metal part from being exposed to the fluid communication hole of the metal separator as much as possible and maintaining good insulation. 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スタックに関するものである。 In the present invention, an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of an electrolyte and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, and a cooling medium is supplied to the metal separator. The present invention relates to a fuel cell stack in which a fluid flow path that flows in the surface direction and a fluid communication hole that supplies the fluid in the stacking direction are formed.
金属セパレータには、流体連通孔を周回して樹脂フイルムが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム上には、前記流体連通孔をシールするシール部材と、前記流体連通孔と前記シール部材との間に位置し、前記流体連通孔を囲繞するリブ用シール部とが設けられている。 The metal separator wraps around the fluid communication hole and is coated with a resin film. On the resin film, a seal member that seals the fluid communication hole, and between the fluid communication hole and the seal member. And a rib seal portion that is located and surrounds the fluid communication hole.
また、金属セパレータの両面には、樹脂フイルムである第１樹脂フイルム及び第２樹脂フイルムが設けられるとともに、少なくとも前記第１樹脂フイルムは、流体連通孔内に露呈する端部が金属セパレータの面内に折り返されて前記第２樹脂フイルムに接合されることが好ましい。 Further, a first resin film and a second resin film, which are resin films, are provided on both surfaces of the metal separator, and at least the first resin film has an end portion exposed in the fluid communication hole in the surface of the metal separator. It is preferable that the second resin film is folded and joined to the second resin film.
さらに、少なくとも第１樹脂フイルムの金属セパレータの面内に折り返された部位に、リブ用シール部が設けられることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that a rib seal portion is provided at least at a portion folded in the plane of the metal separator of the first resin film.
さらにまた、第１樹脂フイルム及び第２樹脂フイルムは、流体連通孔内に露呈する端部同士が接合された状態で、金属セパレータの面内に折り返されることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the first resin film and the second resin film are folded back in the plane of the metal separator in a state where the end portions exposed in the fluid communication hole are joined to each other.
また、第１樹脂フイルム及び第２樹脂フイルムの接合された端部が金属セパレータの面内に折り返された部位に、リブ用シール部が設けられることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the rib sealing portion is provided at a site where the joined end portion of the first resin film and the second resin film is folded back in the plane of the metal separator.
本発明によれば、金属セパレータには、流体連通孔を周回して樹脂フイルムが設けられた後、前記樹脂フイルム上には、シール部材及びリブ用シール部が設けられている。このため、外部からの荷重等により流体連通孔を囲繞するリブ用シール部がシール部材から剥離されても、金属セパレータに設けられている樹脂フイルムが剥離されることがない。 According to the present invention, the metal separator is provided with the resin film around the fluid communication hole, and then the seal member and the rib seal portion are provided on the resin film. For this reason, even if the rib seal portion surrounding the fluid communication hole is peeled off from the sealing member by an external load or the like, the resin film provided on the metal separator is not peeled off.
従って、金属セパレータの金属部位が、流体連通孔に露呈することを可及的に阻止することができ、所望の絶縁性を良好に維持することが可能になる。 Therefore, it is possible to prevent the metal part of the metal separator from being exposed to the fluid communication hole as much as possible, and it is possible to maintain a desired insulating property.
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４が、第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８に挟持される。第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ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とともに、後述する流路を形成するために波板形状にプレス加工されている。
In the
図１に示すように、燃料電池１２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、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、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。
As shown in FIG. 1, one end edge of the
燃料電池１２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、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、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。
The other end edge of the
図１及び図３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、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、連結通路部２８ａ、２８ｂを介して連通する。第１金属セパレータ１６の面１６ｂには、図４に示すように、酸化剤ガス流路２６の裏面形状である冷却媒体流路２９の一部が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 3, an oxidant gas channel (fluid channel) 26 extending in the direction of arrow B is provided 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の外周端縁部を周回して、樹脂フイルム（第１及び第２樹脂フイルム）３０ａ、３０ｂが被覆される。樹脂フイルム３０ａ、３０ｂは、例えば、ＰＥＮ（ポリエーテルニトリル）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で構成され、厚さが２０μｍ〜５０μｍの範囲内に設定される。
The
樹脂フイルム３０ａ、３０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに対応して開口するとともに、発電領域に対応して除去される。
The
図２に示すように、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ内に露呈する端部が接合（接着）された後、面１６ａ側に折り返されて前記樹脂フイルム３０ａに接合（接着）されている。なお、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂにおいても、上記の酸化剤ガス入口連通孔２０ａと同様に構成される。
As shown in FIG. 2, the
第１金属セパレータ１６の面１６ａには、樹脂フイルム３０ａ上に第１シール部材（ゴム製シール部材）３２が射出成形等により一体成形される。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 integrally formed on the
樹脂フイルム３０ａ上には、予めプライマーが塗布され、あるいは、エポキシ樹脂等が付着されている。一方、面１６ｂには、樹脂フイルム３０ｂ上に第１シール部材３２が設けられていない（図４参照）。
On the
図３に示すように、樹脂フイルム３０ａ上には、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂの結合された端部が折り返された部位を覆って、第１シール部材３２と一体（又は別体）に、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂを囲繞（一部囲繞を含む）するリブ用シール部３２ａが、一体成形される。
As shown in FIG. 3, on 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）３４が形成される。燃料ガス流路３４は、複数の溝部を備えるとともに、前記燃料ガス流路３４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、連結通路部３６ａ、３６ｂを介して連通する。第２金属セパレータ１８の面１８ｂには、燃料ガス流路３４の裏面形状である冷却媒体流路２９の一部が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
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、樹脂フイルム（第１及び第２樹脂フイルム）３８ａ、３８ｂが被覆される。樹脂フイルム３８ａ、３８ｂは、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂと同一に構成されており、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ内に露呈する端部が接合（接着）された後、面１８ｂ（又は１８ａ）側に折り返されて前記樹脂フイルム３８ｂに接合（接着）されている。
The
第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、樹脂フイルム３８ａ、３８ｂ上に第２シール部材（ゴム製シール部材）４０、４２が射出成形等により一体成形される。第２シール部材４０、４２は、第１シール部材３２と同一に構成される。
On 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）２９が形成される。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、連結通路部４４ａ、４４ｂが形成される。
As shown in FIG. 1, a cooling medium flow path (fluid flow path) communicating with the cooling medium
図１、図２及び図５に示すように、樹脂フイルム３８ａ及び樹脂フイルム３８ｂ上には、樹脂フイルム３８ａ、３８ｂの接合された端部が折り返された部位を覆って、第２シール部材４０、４２と一体（又は別体）に、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂを囲繞するリブ用シール部４０ａ、４２ａが、一体成形される。
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, on 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）２９が形成される。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、連結通路部４４ａ、４４ｂが形成される。
As shown in FIG. 1, a cooling medium flow path (fluid flow path) communicating with the cooling medium
図１及び図２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５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するアノード側電極５２及びカソード側電極５４とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane /
アノード側電極５２及びカソード側電極５４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５０を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜５０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スタック１０の動作について、以下に説明する。
The operation of the
第１金属セパレータ１６を製造する工程について、概略的に説明すると、先ず、図６に示すように、金属プレート６０にプレス加工が施される。このため、金属プレート６０には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが形成されるとともに、酸化剤ガス流路２６及び冷却媒体流路２９の一部が形成される。
The process for manufacturing the
次いで、図７に示すように、金属プレート６０の面１６ａ、１６ｂには、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂが被覆される。そして、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに対応して開口するとともに、発電領域に対応して除去される。
Next, as shown in FIG. 7, the
その際、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂの端部は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ内に露呈しており、前記端部同士が接合（接着）された後、面１６ａ側に折り返されて前記樹脂フイルム３０ａ上に接合（接着）される。
At that time, the end portions of the
さらに、図３及び図４に示すように、第１金属セパレータ１６の面１６ａには、樹脂フイルム３０ａ上にリブ用シール部３２ａを有する第１シール部材３２が射出成形等により一体成形される一方、面１６ｂの樹脂フイルム３０ｂ上には、前記第１シール部材３２が設けられない。これにより、第１金属セパレータ１６が製造される。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, on the
また、第２金属セパレータ１８は、第１金属セパレータ１６と同様に製造されるものであり、その詳細な説明は省略する。その際、第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、樹脂フイルム３８ａ、３８ｂ上にリブ用シール部４０ａ、４２ａを有する第２シール部材４０、４２が射出成形等により一体成形される。
Moreover, the
次に、燃料電池スタック１０の動作について、説明すると、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。
Next, the operation of the
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から連結通路部３６ａを通った後、燃料ガス流路３４に導入される。燃料ガス流路３４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５２に供給される（図１参照）。
Therefore, as shown in FIG. 5, the fuel gas is introduced into the
一方、酸化剤ガスは、図２及び図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１金属セパレータ１６に連結通路部２８ａを通って酸化剤ガス流路２６に導入される。これにより、酸化剤ガスは、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５４に供給される（図１参照）。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
従って、電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極５２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５２に供給されて消費された燃料ガスは、連結通路部３６ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される（図５参照）。同様に、カソード側電極５４に供給されて消費された酸化剤ガスは、連結通路部２８ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図３参照）。
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１に示すように、連結通路部４４ａ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２９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、連結通路部４４ｂを通って冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、第１金属セパレータ１６には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａを周回して樹脂フイルム３０ａ、３０ｂが設けられた後、前記樹脂フイルム３０ａ上には、第１シール部材３２及びリブ用シール部３２ａが一体成形されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
このため、燃料電池スタック１０に外部から荷重等が付与された際、リブ用シール部３２ａが第１シール部材３２から剥離されても、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂが剥離されることがない。従って、第１金属セパレータ１６では、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂが金属プレート６０から剥離してこの金属プレート６０が酸化剤ガス入口連通孔２０ａに直接露呈することを確実に阻止することができる。
For this reason, when a load or the like is applied to the
これにより、簡単な構成で、所望の絶縁性を良好に維持することが可能になるという効果が得られる。 As a result, it is possible to obtain an effect that it is possible to satisfactorily maintain desired insulation with a simple configuration.
さらにまた、第１の実施形態では、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ内に露呈する端部が接合された後、面１６ａ側に折り返されて前記樹脂フイルム３０ａに接合されている。従って、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内周壁面には、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂの重合部が配置されており、前記内周壁面（金属壁面）が前記樹脂フイルム３０ａ、３０ｂを破断させて前記酸化剤ガス入口連通孔２０ａに露呈することを可及的に阻止することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the
その上、酸化剤ガス入口連通孔２０ａを囲繞するリブ用シール部３２ａは、樹脂フイルム３０ａ上において、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂの接合された端部が折り返された部位を覆って成形されている。従って、樹脂フイルム３０ａ、３０ｂの重合部位が剥がれることを確実に阻止することが可能になるという利点がある。
In addition, the
また、第１金属セパレータ１６では、両面に樹脂フイルム３０ａ、３０ｂが設けられるとともに、一方の面１６ａ側にのみ第１シール部材３２が成形されている。これにより、第１金属セパレータ１６の両面にシール部材を成形する場合に比べ、成形時間が良好に短尺化される。このため、成形サイクルの向上を図るとともに、剥がれの防止及び絶縁抵抗の向上が容易に図られるという利点がある。
Further, in the
なお、第２金属セパレータ１８においても、上記の第１金属セパレータ１６と同様の効果が得られる。
The
図８及び図９に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック７０は、複数の燃料電池７２を積層して構成される。燃料電池７２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）７４が、第１金属セパレータ７６及び第２金属セパレータ７８に挟持される。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図８及び図１０に示すように、第１金属セパレータ７６の電解質膜・電極構造体７４側の面７６ａには、酸化剤ガス流路２６が形成される一方、面７６ａとは反対の面７６ｂには、冷却媒体流路２９の一部が形成される。第１金属セパレータ７６では、面７６ａ、７６ｂに樹脂フイルム８０ａ、８０ｂが設けられた後、面７６ｂ側にのみ第１シール部材８２とリブ用シール部８２ａとが一体成形される。
As shown in FIGS. 8 and 10, the oxidant
図８及び図１１に示すように、第２金属セパレータ７８の電解質膜・電極構造体７４側の面７８ａには、燃料ガス流路３４が形成される一方、前記面７８ａとは逆の面７８ｂには、冷却媒体流路２９の一部が形成される。
As shown in FIGS. 8 and 11, the fuel
第２金属セパレータ７８には、燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍に、前記燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス流路３４とを連通する供給孔部８４ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔２４ｂと前記燃料ガス流路３４とを連通する複数の排出孔部８４ｂが形成される。
In the
第２金属セパレータ７８の両方の面７８ａ、７８ｂには、樹脂フイルム８６ａ、８６ｂが設けられた後、前記面７８ａ側にのみ、前記樹脂フイルム８６ａ上に第２シール部材８８とリブ用シール部８８ａとが一体成形される。図８に示すように、面７８ａ側には、第２シール部材８８と一体（又は別体）に連結通路部２８ａ、２８ｂ及び連結通路部３６ａ、３６ｂが一体形成される。
After the
電解質膜・電極構造体７４は、固体高分子電解質膜５０とカソード側電極５４とが同一の表面積に設定されるとともに、アノード側電極５２が、前記固体高分子電解質膜５０及び前記カソード側電極５４よりも小さな表面積に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する。
In the electrolyte membrane /
このように構成される第２の実施形態では、図９に示すように、第１金属セパレータ７６には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａを周回して樹脂フイルム８０ａ、８０ｂが設けられた後、前記樹脂フイルム８０ｂ上には、第１シール部材８２及びリブ用シール部８２ａが一体成形されている。これにより、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 9, after the
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０の断面説明図である。なお、第２の実施形態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４の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell stack 90 according to the third embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the fourth and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.
燃料電池スタック９０を構成する燃料電池９２は、第１金属セパレータ９４及び第２金属セパレータ９６を備える。第１金属セパレータ９４は、両面９４ａ、９４ｂに樹脂フイルム９８ａ、９８ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム９８ａは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面９４ｂ側に延在し、前記樹脂フイルム９８ｂ上に重合される。樹脂フイルム９８ａ、９８ｂの重合部位には、リブ用シール部８２ａが成形される。
The
第２金属セパレータ９６は、両面９６ａ、９６ｂに樹脂フイルム１００ａ、１００ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１００ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面９６ａ側に延在し、前記樹脂フイルム１００ａ上に重合される。樹脂フイルム１００ａ、１００ｂの重合部位には、リブ用シール部８８ａが成形される。
The
このように構成される第３の実施形態では、樹脂フイルム９８ａ、９８ｂの重合部位にリブ用シール部８２ａが成形されるため、前記重合部位の剥がれが阻止される等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, since the
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の断面説明図である。
FIG. 13 is an explanatory cross-sectional view of a
燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池１１２は、第１金属セパレータ１１４及び第２金属セパレータ１１６を備える。第１金属セパレータ１１４は、両面１１４ａ、１１４ｂに樹脂フイルム１１８ａ、１１８ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１１８ａは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１１４ｂ側に延在し、前記樹脂フイルム１１８ｂの内側に重合される。樹脂フイルム１１８ａ、１１８ｂの重合部位には、リブ用シール部８２ａが成形される。
The
第２金属セパレータ１１６は、両面１１６ａ、１１６ｂに樹脂フイルム１２０ａ、１２０ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１２０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１１６ａ側に延在し、前記樹脂フイルム１２０ａの内側に重合される。樹脂フイルム１２０ａ、１２０ｂの重合部位には、リブ用シール部８８ａが成形される。
The
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment configured as described above, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１３０の断面説明図である。
FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view of a
燃料電池スタック１３０を構成する燃料電池１３２は、第１金属セパレータ１３４及び第２金属セパレータ１３６を備える。第１金属セパレータ１３４は、両面１３４ａ、１３４ｂに樹脂フイルム１３８ａ、１３８ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１３８ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１３４ａ側に延在し、前記樹脂フイルム１３８ａ上に重合される。樹脂フイルム１３８ａ、１３８ｂの重合部位には、リブ用シール部８２ａが成形される。
The
第２金属セパレータ１３６は、両面１３６ａ、１３６ｂに樹脂フイルム１４０ａ、１４０ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１４０ａは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１３６ｂ側に延在し、前記樹脂フイルム１４０ｂ上に重合される。樹脂フイルム１４０ａ、１４０ｂの重合部位には、リブ用シール部８８ａが成形される。
The
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタック１５０の断面説明図である。
FIG. 15 is an explanatory cross-sectional view of a
燃料電池スタック１５０を構成する燃料電池１５２は、第１金属セパレータ１５４及び第２金属セパレータ１５６を備える。第１金属セパレータ１５４は、両面１５４ａ、１５４ｂに樹脂フイルム１５８ａ、１５８ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１５８ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１５４ａ側に延在し、前記樹脂フイルム１５８ａの内側に重合される。樹脂フイルム１５８ａ、１５８ｂの重合部位には、リブ用シール部８２ａが成形される。
The
第２金属セパレータ１５６は、両面１５６ａ、１５６ｂに樹脂フイルム１６０ａ、１６０ｂが被覆されるとともに、前記樹脂フイルム１６０ａは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの内壁面を周回して面１５６ｂ側に延在し、前記樹脂フイルム１６０ｂの内側に重合される。樹脂フイルム１６０ａ、１６０ｂの重合部位には、リブ用シール部８８ａが成形される。
The
このように構成される第５及び第６の実施形態では、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fifth and sixth embodiments configured as described above, the same effects as those of the first to fourth embodiments can be obtained.
なお、第１〜第６の実施形態では、２枚の金属セパレータで電解質膜・電極構造体を挟持する構成を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、３枚の金属セパレータと２枚の電解質膜・電極構造体を備え、前記金属セパレータと前記電解質膜・電極構造体とを交互に積層する発電ユニットを用いるとともに、各発電ユニット間に冷却媒体流路を形成して前記発電ユニットを積層する燃料電池スタックを採用してもよい。 In the first to sixth embodiments, the configuration in which the electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between two metal separators is adopted, but the present invention is not limited to this. For example, a power generation unit that includes three metal separators and two electrolyte membrane / electrode structures, and alternately stacks the metal separators and the electrolyte membrane / electrode structures, and uses a cooling medium between the power generation units. You may employ | adopt the fuel cell stack which forms a flow path and laminates | stacks the said electric power generation unit.
１０、７０、９０、１１０、１３０、１５０…燃料電池スタック
１２、７２、９２、１１２、１３２、１５２…燃料電池
１４、７４…電解質膜・電極構造体
１６、１８、７６、７８、９４、９６、１１４、１１６、１３４、１３６、１５４、１５６…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
２８ａ、２８ｂ、３６ａ、３６ｂ、４４ａ、４４ｂ…連結通路部
２９…冷却媒体流路
３０ａ、３０ｂ、３８ａ、３８ｂ、８０ａ、８０ｂ、８６ａ、８６ｂ、９８ａ、９８ｂ、１００ａ、１００ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１３８ａ、１３８ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ…樹脂フイルム
３２、４０、４２、８２、８８…シール部材
３２ａ、４０ａ、４２ａ、８２ａ、８８ａ…リブ用シール部
３４…燃料ガス流路
５０…固体高分子電解質膜 ５２…アノード側電極
５４…カソード側電極
10, 70, 90, 110, 130, 150 ... Fuel cell stacks 12, 72, 92, 112, 132, 152 ...
Claims (5)
前記金属セパレータには、前記流体連通孔を周回して樹脂フイルムが被覆されるとともに、
前記樹脂フイルム上には、前記流体連通孔をシールするシール部材と、
前記流体連通孔と前記シール部材との間に位置し、前記流体連通孔を囲繞するリブ用シール部と、
が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 An electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of the electrolyte and a metal separator are laminated, and at least a fluid that is any one of a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium is disposed in the surface direction of the metal separator A fuel cell stack in which a fluid flow path for flowing and a fluid communication hole for supplying the fluid in the stacking direction are formed,
The metal separator is coated with a resin film around the fluid communication hole,
A seal member for sealing the fluid communication hole on the resin film;
A rib sealing portion located between the fluid communication hole and the seal member and surrounding the fluid communication hole;
A fuel cell stack.
少なくとも前記第１樹脂フイルムは、前記流体連通孔内に露呈する端部が前記金属セパレータの面内に折り返されて前記第２樹脂フイルムに接合されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein a first resin film and a second resin film, which are the resin films, are provided on both surfaces of the metal separator,
The fuel cell stack is characterized in that at least the first resin film has an end portion exposed in the fluid communication hole folded back in a plane of the metal separator and joined to the second resin film.
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