JP5418988B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、発電要素である燃料電池セルを複数積層した構造を有する燃料電池スタックの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a fuel cell stack having a structure in which a plurality of fuel cells as power generation elements are stacked.
燃料電池セルとしては、例えば、電解質層を燃料極層と空気極層とで挟持した膜電極構造体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、膜電極構造体との間に反応用ガスの流通空間を形成する二枚のセパレータを備えたものが周知であり、複数積層して燃料電池スタックを構成する。 As a fuel cell, for example, a reaction gas circulation space is provided between a membrane electrode structure (MEA) in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer, and the membrane electrode structure. One having two separators to be formed is well known, and a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of separators.
この種の燃料電池セルや燃料電池スタックとしては、例えば、特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に記載の燃料電池用セルは、膜電極構造体の両面に、ガス拡散層を備えると共に、電解質層の外周に、スルーホールを有する突出部を設け、セル外周部にガスケットが一体成形してある。そして、ガスケットの成形材料の一部をスルーホールに充填することで、電解質層にガスケットを固定している。
An example of this type of fuel cell or fuel cell stack is described in
ところで、燃料電池では、燃料ガス、発電時に生成される水蒸気、及び冷却媒体の漏出を阻止するためのシールが不可欠である。例えば、水蒸気が外部に漏れると、凝縮して漏電や腐食の原因になる。 By the way, in a fuel cell, a seal for preventing leakage of fuel gas, water vapor generated during power generation, and a cooling medium is indispensable. For example, when water vapor leaks to the outside, it condenses and causes leakage and corrosion.
ところが、特許文献1に記載のシール構造では、膜電極構造体の端面(側面)はガスケットでシールされているものの、セパレータの端面(側面)へのシールは考慮されていないので、依然として上記のような問題が発生するおそれがある。
However, in the seal structure described in
本発明は、上記従来の問題点に着目して成されたものであって、特にセパレータの端面(側面)における内部に流通する流体の充分なシール機能を備えた燃料電池スタックを提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned conventional problems, and in particular, to provide a fuel cell stack having a sufficient sealing function of fluid flowing inside the end face (side face) of the separator. It is aimed.
本発明の燃料電池スタックは、膜電極構造体を二枚のセパレータで挟持した構造を有する燃料電池セルを備えると共に、その燃料電池セルを複数積層したものであって、膜電極構造体及び各セパレータが、夫々の外周に接合用周縁部を有しており、積層した各燃料電池セルの外周を樹脂部材で一体的に被覆する。なお、接合用周縁部は、膜電極構造体及びセパレータに対して、専用の構成部位として設けても良いし、既存の周縁部そのものを利用しても良い。 The fuel cell stack of the present invention includes a fuel cell having a structure in which a membrane electrode structure is sandwiched between two separators, and a plurality of the fuel cells stacked therein. The membrane electrode structure and each separator However, the outer periphery of each has a joining peripheral part, and the outer periphery of each laminated fuel cell is integrally covered with a resin member. The peripheral edge for bonding may be provided as a dedicated component for the membrane electrode structure and the separator, or the existing peripheral edge itself may be used.
そして、燃料電池スタックは、前記樹脂部材が、積層方向に隣接する接合用周縁部同士のうちの少なくとも膜電極構造体及びセパレータの接合用周縁部同士の間に介在する隙間シール部と、各接合用周縁部の先端から当該樹脂部材の外周面に至る範囲の外周シール部を備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 In the fuel cell stack, the resin member includes a gap seal portion interposed between at least the membrane electrode structure and the separator peripheral portions of the peripheral peripheral portions adjacent to each other in the stacking direction, and each joint. The outer peripheral seal portion in a range from the distal end of the peripheral portion to the outer peripheral surface of the resin member is provided, and the above configuration is used as a means for solving the conventional problems.
本発明の燃料電池スタックは、隙間シール部及び外周シール部を有する樹脂部材を採用したことにより、特にセパレータの端面(側面)における内部に流通する流体の充分なシール機能を備えたものとなる。 The fuel cell stack of the present invention is provided with a sufficient sealing function of the fluid flowing inside, particularly on the end surface (side surface) of the separator, by employing the resin member having the gap seal portion and the outer periphery seal portion.
以下、図面に基づいて、本発明の燃料電池スタックの一実施形態を説明する。
図1に示す燃料電池スタックFSは、複数の燃料電池セルCを積層した構造を有している。この実施形態の燃料電池セルCは、図2にも示すように、周囲にフレーム1を有する膜電極構造体2と、フレーム1及び膜電極構造体2を挟持する二枚のセパレータ3,3を備えている。そして、フレーム1とセパレータ3,3との間に反応用ガスを流通させる構造になっている。
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell stack of the present invention will be described based on the drawings.
The fuel cell stack FS shown in FIG. 1 has a structure in which a plurality of fuel cells C are stacked. As shown in FIG. 2, the fuel cell C of this embodiment includes a
膜電極構造体2は、一般に、MEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであり、図3(A)中の拡大図に示すように、例えば固体高分子から成る電解質層21を燃料極層(アノード)22と空気極層(カソード)23とで挟持した構造を有している。この膜電極構造体2は、燃料極層22に一方の反応用ガスである燃料ガス(水素)が供給されると共に、空気極層23に他方の反応用ガスである酸化剤ガス(空気)が供給されて、電気化学反応により発電をする。
The
なお、図3(A)(B)に示す膜電極構造体2は、燃料極層22と空気極層23の表面に、カーボンペーパや多孔質体等から成るガス拡散層24,25を有しているが、膜電極構造体としては、電解質層、燃料極層及び空気極層で構成されるものも含まれる。
The
フレーム1は、樹脂成形(例えば射出成形)により膜電極構造体2と一体化してあり、この実施形態では、膜電極構造体2を中央にして長方形状を成している。また、フレーム1は、両端部に、各々三個ずつのマニホールド穴H1〜H6が配列してあり、各マニホールド穴群から膜電極構造体2に至る領域が反応用ガスの流通領域となる。このフレーム1及び両セパレータ3,3は、いずれもほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状である。
The
各セパレータ3は、ステンレス等の金属板をプレス成形したものであって、膜電極構造体2に対応する中央部分が、短辺方向の断面において波形状に形成してある。この波形状は、長辺方向に連続して反応用ガスの流路を形成する。また、各セパレータ3は、両端部に、フレーム1の各マニホールド穴H1〜H6と同等のマニホールド穴H1〜H6を有し、各マニホールド穴群から断面波形状の部分に至る領域が反応用ガスの流通領域となる。
Each
上記のフレーム1及び膜電極構造体2と両セパレータ3,3は、重ね合わせて燃料電池セルCを構成する。このとき、燃料電池セルCは、中央に、膜電極構造体2の領域である発電部を備え、発電部の両側に、反応用ガスの供給及び排出を行うマニホールド部と、各マニホールド部から発電部に至るディフューザ部を備えたものとなる。
The
図2中で左側に示す各マニホールド穴H1〜H3は、燃料ガス供給用(H1)、冷却流体供給用(H2)及び酸化剤ガス供給用(H3)であり、積層方向に夫々の流路を形成する。図2中で右側に示す各マニホールド穴H4〜H6は、燃料ガス排出用(H4)、冷却流体排出用(H5)及び酸化剤ガス排出用(H6)であり、積層方向に夫々の流路を形成する。なお、供給用と排出用は、一部または全部が逆の位置関係でも良い。 The manifold holes H1 to H3 shown on the left side in FIG. 2 are for fuel gas supply (H1), cooling fluid supply (H2), and oxidant gas supply (H3). Form. The manifold holes H4 to H6 shown on the right side in FIG. 2 are for fuel gas discharge (H4), cooling fluid discharge (H5), and oxidant gas discharge (H6). Form. The supply and discharge may be partially or entirely reversed in positional relationship.
燃料電池スタックFSは、上記構成を備えた燃料電池セルCを複数積層し、この際、図1及び図3に示すように、積層方向に隣接するセパレータ3,3同士の間に、弾性部材4を挟み込む。弾性部材4は、断面波形の板部材であって、両セパレータ3,3間において、積層方向に弾性力を付与すると共に、波形の連続方向(セルの長辺方向)に冷却用流体の流路31を形成する。この弾性部材4は、発電により電解質層21が膨張収縮した際に、燃料電池スタックFSの積層方向の変位を吸収する。燃料電池スタックFSは、図3に示す燃料電池セルC及び弾性部材4が1ピッチ分(P)となる。
In the fuel cell stack FS, a plurality of fuel cells C having the above-described configuration are stacked. At this time, as shown in FIGS. 1 and 3, the
また、図1に示す燃料電池スタックFSは、積層した各燃料電池セルCの積層方向両側に、各燃料電池セルCを積層方向に加圧するためのエンドプレート5A,5B及び集電板6A,6Bを夫々取り付ける。これにより、所定の積層荷重を付与する。さらに、燃料電池スタックFSは、最終的に、各々二枚の締結板7A,7B及び補強板8A,8Bから成るケースに収容する。
Further, the fuel cell stack FS shown in FIG. 1 has
ここで、上記の燃料電池スタックFSでは、図2及び図3に示すように、膜電極構造体2及び各セパレータ3が、夫々の外周に接合用周縁部1F,3Fを有している。この実施形態では、膜電極構造体2がフレーム1を有するので、フレーム1の周縁部を膜電極構造体2の接合用周縁部1Fとしている。これらの接合用周縁部1F,3Fは、フレーム1若しくは膜電極構造体2、及びセパレータ3に対して、専用の構成部位として設けても良いし、既存の周縁部そのものを利用することもできる。
Here, in the fuel cell stack FS, as shown in FIGS. 2 and 3, the
また、燃料電池スタックFSは、図3に示すように、積層した各燃料電池セルCの外周を樹脂部材Rで一体的に被覆している。この樹脂部材Rは、積層方向に隣接する接合用周縁部同士のうちの少なくとも膜電極構造体2及びセパレータ3の接合用周縁部1F,3F同士の間に介在する隙間シール部S1と、各接合用周縁部1F,3Fの先端から当該樹脂部材Rの外周面に至る範囲の外周シール部S2を備えている。
In addition, as shown in FIG. 3, the fuel cell stack FS integrally covers the outer periphery of each stacked fuel cell C with a resin member R. The resin member R includes a gap seal portion S1 interposed between at least the
さらに、図3に示す実施形態では、樹脂部材Rは、積層方向に隣接するセパレータ3,3の接合用周縁部3F,3F同士の間にも隙間シール部S1が介在している。そして、樹脂部材Rは、各燃料電池セルCの外周だけでなく、エンドプレート5A,5B及び集電板6A,6Bの外周をも一体的に被覆している。
Further, in the embodiment shown in FIG. 3, the resin member R has a gap seal portion S <b> 1 interposed between the joining
なお、セパレータ3,3の端部には、燃料ガスや冷却用流体が偏って流れるのを防止するために適当な凹凸を設けたり、樹脂材料の進入防止部材9を介装したりする。進入防止部材9は、図示例の場合、接合用周縁部同士の間隔のうち、セパレータ3,3の接合用周縁部3F,3F同士の間隔が明らかに大きく、樹脂部材Rを成形する際にその樹脂材料が進入し易いので、樹脂材料の進入を防止するものである。
The end portions of the
さらに、燃料電池スタックFSは、積層方向に隣接する接合用周縁部同士の間において、各隙間シール部S1が積層方向に圧縮状態で介在している。このような燃料電池スタックFSは、以下の方法で製造する。 Further, in the fuel cell stack FS, the gap seal portions S1 are interposed in a compressed state in the stacking direction between the joining peripheral portions adjacent in the stacking direction. Such a fuel cell stack FS is manufactured by the following method.
すなわち、図4(A)に示すように、燃料電池セルCを複数積層して燃料電池セル群Ccを形成し、治具J1,J2を用いて、この燃料電池セル群Ccに最終的な積層荷重若しくはそれ以下の積層荷重を付与した状態にする。その後、燃料電池セル群Ccの外周に対して樹脂部材Rの成形を行う。そして、樹脂部材Rの成形後若しくは硬化後に、図4(B)に示すように、燃料電池セル群Ccに最終的な積層荷重を附与する。これにより、各隙間シール部S1を積層方向に圧縮状態にする。 That is, as shown in FIG. 4A, a plurality of fuel cells C are stacked to form a fuel cell group Cc, and a final stack is formed on the fuel cell group Cc using jigs J1 and J2. The load is applied or a lamination load less than that is applied. Thereafter, the resin member R is molded on the outer periphery of the fuel cell group Cc. Then, after molding or curing of the resin member R, as shown in FIG. 4B, a final stacking load is applied to the fuel cell group Cc. Thereby, each gap seal portion S1 is compressed in the stacking direction.
さらに具体的には、図5に示すように、ステップS101において、治具J1,J2に複数の燃料電池セルC(Cc)や集電板6A,6Bをセットする。治具J1,J2は、樹脂材料の塗布の邪魔にならないように、燃料電池セル群Ccの両側から荷重を付与するものが好ましい。
More specifically, as shown in FIG. 5, in step S101, a plurality of fuel cells C (Cc) and
次に、ステップS102において、燃料電池セル群Ccの外周に樹脂部材Rとなる樹脂材料を塗布する。この際、接合用周縁部同士の間に隙間シール部S1となる樹脂材料が適量充填されるように、接合用周縁部同士の間隔等に応じて、構成部品と樹脂材料との濡れ性や樹脂材料の粘性などの各パラメータを制御する。これにより、最終的に、隙間シール部S1による充分なシール性が確保できる。 Next, in step S102, a resin material that becomes the resin member R is applied to the outer periphery of the fuel cell group Cc. At this time, the wettability between the component parts and the resin material and the resin depending on the interval between the peripheral edges for bonding so that an appropriate amount of the resin material that becomes the gap seal portion S1 is filled between the peripheral edges for bonding. Control each parameter such as material viscosity. Thereby, finally, sufficient sealing performance by the gap seal portion S1 can be ensured.
次に、ステップS103において、樹脂材料を硬化させる。硬化処理としては、高温槽への投入、温風や赤外線の付与などが行われる。そして、樹脂材料が硬化したところで、ステップS104において、エンドプレート5A,5B等の所定の部品をセットする。この後、ステップS105において、設定荷重の付与すなわち本来の積層荷重を付与し、ステップS106において、治具J1,J2から燃料電池スタックFSを取り出す。
Next, in step S103, the resin material is cured. As the curing treatment, charging into a high-temperature tank, application of warm air or infrared rays, and the like are performed. When the resin material is cured, predetermined parts such as
このようにして、燃料電池スタックFSは、図3(A)に示す仮圧縮の状態から、最終的な積層荷重付与により図3(B)に示す本圧縮の状態となる。これにより、各隙間シール部S1は、積層方向に圧縮されて圧縮シールとして機能する。 In this manner, the fuel cell stack FS changes from the temporarily compressed state shown in FIG. 3A to the fully compressed state shown in FIG. Thereby, each gap seal part S1 is compressed in the stacking direction and functions as a compression seal.
なお、図5のフローチャートでは、樹脂材料の塗布により樹脂部材Rを成形する場合を説明したが、樹脂部材Rは、射出成形、押し出し成形、ブロー成形、塗布、コーティング及びラミネートのうちの少なくとも1つの手段、若しくは複数の手段の組み合わせを採用することで、効率良く成形することができる。 In the flowchart of FIG. 5, the case where the resin member R is formed by application of a resin material has been described. However, the resin member R may be at least one of injection molding, extrusion molding, blow molding, application, coating, and laminating. By adopting a means or a combination of a plurality of means, it is possible to mold efficiently.
上記の燃料電池スタックFSは、隙間シール部S1及び外周シール部S2を有する樹脂部材Rにより、特にセパレータ3の端面(側面)における内部に流通する流体の充分なシール機能を備えたものとすることができ、燃料ガス、発電により生成される水蒸気、及び冷却用流体といった流体の漏出を確実に阻止することができる。
The above fuel cell stack FS is provided with a sufficient sealing function of the fluid flowing inside, particularly in the end face (side face) of the
すなわち、燃料電池スタックFSは、その外周を隙間シール部S1及び外周シール部S2を有する樹脂部材Rで被覆し、とくに、隙間シール部S1を圧縮状態にしたので、樹脂部材Rの接着力を利用しつつ圧縮シールの機能も有するものとなり、より高いシール性を得ることができる。 That is, since the outer periphery of the fuel cell stack FS is covered with the resin member R having the gap seal portion S1 and the outer periphery seal portion S2, and the gap seal portion S1 is in a compressed state, the adhesive strength of the resin member R is utilized. However, it also has a function of a compression seal, and higher sealing performance can be obtained.
また、上記の燃料電池スタックFSは、樹脂部材Rが、各燃料電池セルCだけでなく、エンドプレート5A,5B及び集電板6A,6Bの外周を一体的に被覆しているので、シール性がより一層高められる。
Further, in the fuel cell stack FS, since the resin member R integrally covers not only each fuel cell C but also the outer peripheries of the
上記の燃料電池スタックFS及びその製造方法は、燃料電池セルC等を積層した状態にして、その外周に樹脂部材Rを成形することから、上記の如く充分なシール機能を備えたうえで、簡便にシール構造を形成することができるので、生産効率の向上や低コスト化も実現することができる。また、さらに樹脂部材Rによって外部との電気絶縁性も確保し得るので、例えば、ケースを構成する締結板7A,7B及び補強板8A,8Bとの間に絶縁部材を設ける必要がなく、さらには、ケースを廃止することも可能になり、燃料電池のさらなる小型軽量化に貢献することができる。
The fuel cell stack FS and the method for manufacturing the fuel cell stack FS are formed in a state where the fuel cells C and the like are laminated, and the resin member R is molded on the outer periphery thereof. In addition, since a seal structure can be formed, an improvement in production efficiency and a reduction in cost can be realized. Further, since the resin member R can also ensure electrical insulation from the outside, for example, there is no need to provide an insulating member between the
本発明の燃料電池スタックFSにおいて、樹脂部材Rに用いる樹脂材料としては、シリコーン樹脂のように弾性を有するものや、エポキシ樹脂のように弾性の無いもの(又は比較的低弾性のもの)が挙げられる。先述した進入防止部材9についても、同様に弾性を有するものや弾性の無いものを選択的に使用することができる。
In the fuel cell stack FS of the present invention, examples of the resin material used for the resin member R include those having elasticity such as silicone resin and those having no elasticity (or relatively low elasticity) such as epoxy resin. It is done. Similarly, the
樹脂部材Rに弾性を有する樹脂材料を使用した場合には、発電中の電解質層21の膨張収縮に伴って燃料電池スタックFSの伸び縮みが発生した際に、セパレータ3,3間の弾性部材4によりその変位を吸収すると共に、樹脂部材Rも変位に追従することとなり、燃料電池セルCの面内における積層荷重をほぼ均等に維持することができる。
When a resin material having elasticity is used for the resin member R, the
これに対して、樹脂部材Rに弾性の無い樹脂材料を使用した場合には、外周部が固定されるので、電解質層21の膨張により発電部の中央ほど膨らむこととなり、面内における積層荷重のばらつきが発生する可能性がある。しかし、一定以上の積層荷重では、面圧の上昇に対する接触抵抗の変化が少なく、燃料電池セルCの形状や大きさによって面圧のばらつきの感度が小さい場合もあるので、燃料電池の設計において、弾性を有するものと無いものとを使い分けることができ、このほか、燃料電池セルCの積層方向や面内方向においてこれらの樹脂材料を使い分けることもできる。
On the other hand, when a resin material having no elasticity is used for the resin member R, the outer peripheral portion is fixed, so that the center of the power generation portion swells due to the expansion of the
本発明の燃料電池スタックFSは、より好ましい実施形態として、樹脂部材Rが複数の異種材料から成るものとすることができ、具体的には、各隙間シール部S1及び外周シール部S2に対して、特性が異なる樹脂材料を選択的に用いることができる。 In the fuel cell stack FS of the present invention, as a more preferred embodiment, the resin member R can be made of a plurality of different materials. Specifically, for each gap seal portion S1 and the outer peripheral seal portion S2. Resin materials having different characteristics can be selectively used.
すなわち、ガスシール性、水蒸気シール性及び絶縁性といった目的並びに構成部位に応じて樹脂材料を選択することができる。とくに、エンドプレート5A,5B及び集電板6A,6Bに対しては、主に絶縁性が必要である。弾性、シール性及び低温時の耐脆化性を考慮すると、例えばシリコーン樹脂等の樹脂材料が望ましく、積層時の組み立て性を考慮すると、自己融着性を有する樹脂材料も有効である。自己融着性の樹脂材料は、最終的な積層荷重を付与する前まで自己融着をさせないようにし、これにより組み立て性の向上を図ることができる。
That is, the resin material can be selected in accordance with the purpose such as gas sealing property, water vapor sealing property and insulating property and the constituent parts. In particular, the
また、本発明の燃料電池スタックFSは、より好ましい実施形態として、膜電極構造体2及び燃料極側セパレータ3の接合用周縁1F,3F同士の間、膜電極構造体2及び空気極側セパレータ3の接合用周縁部1F,3F同士の間、並びに積層方向に隣接するセパレータ3の接合用周縁部3F,3F同士の間に対して、スタック内外方向における隙間シール部S1及び外周シール部S2の大きさの比率を選択的に異ならせることができる。
In addition, the fuel cell stack FS of the present invention has a more preferable embodiment in which the
すなわち、燃料ガス、水蒸気及び冷却用流体の夫々に対する遮蔽性を考慮して樹脂部材Rの機能傾斜を設ける。具体的には、図3(B)に示すように、膜電極構造体2及び空気極側(図中で下側)セパレータ3の接合用周縁部1F,3F同士の間では、水蒸気の遮蔽性が要求されるので、スタック内外方向における外周シール部S2の大きさを隙間シール部S1の大きさ以上(S1≦S2)にする。つまり、樹脂部材Rを厚くする。
That is, the functional inclination of the resin member R is provided in consideration of the shielding properties against the fuel gas, the water vapor, and the cooling fluid. Specifically, as shown in FIG. 3B, the water vapor shielding property between the
また、膜電極構造体2及び燃料極側(図中で上側)セパレータ3の接合用周縁1F,3F同士の間、及びセパレータ3の接合用周縁部3F,3F同士の間では、燃料ガス及び冷却用流体の遮蔽性が要求されるので、スタック内外方向における外周シール部S2の大きさを隙間シール部S1の大きさ以下(S1≧S2)にする。つまり、樹脂部材Rを薄くする。なお、エンドプレート5A,5Bや集電板6A,6Bのように水蒸気の透過が無い部分では、スタック内外方向における外周シール部S2の厚さを極力小さくして、樹脂材料Rをさらに薄くしても良い。
Further, between the
さらに、本発明の燃料電池スタックFSは、より好ましい実施形態として、樹脂部材Rのうちの少なくとも外周シール部S2が、通電により剥離する接着剤を含む樹脂材料から成るものとすることができる。なお、隙間シール部S1に同等の樹脂材料を用いることも当然可能である。 Furthermore, as a more preferred embodiment, the fuel cell stack FS of the present invention can be made of a resin material including an adhesive in which at least the outer peripheral seal portion S2 of the resin member R is peeled off by energization. Of course, an equivalent resin material may be used for the gap seal portion S1.
これにより、燃料電池スタックFSは、樹脂部材Rに所定の電圧を印加することで、外周シール部S2さらには隙間シール部S1を容易に剥離除去することができ、分解作業やリサイクルの材料分別作業に非常に便利である。 As a result, the fuel cell stack FS can easily peel and remove the outer peripheral seal portion S2 and the gap seal portion S1 by applying a predetermined voltage to the resin member R. Very convenient to.
さらに、本発明の燃料電池スタックFSは、より好ましい実施形態として、図6に1ピッチ分を示すように、樹脂部材Rの外周シール部S2が、スタック内外方向に複数の層を有すると共に、複数層のうちの少なくとも一層が、金属フィラーを含む電磁波シールド層SLであるものとしている。金属フィラーとしては、例えば、ニッケル、アルミニウム、銅及びステンレスなどの金属粉、若しくはフェライトや炭素の粉末等を用いることができる。 Furthermore, as a more preferred embodiment, the fuel cell stack FS of the present invention has a plurality of layers in which the outer peripheral seal portion S2 of the resin member R has a plurality of layers in the stack inner and outer directions as shown in FIG. At least one of the layers is an electromagnetic wave shielding layer SL containing a metal filler. As the metal filler, for example, metal powder such as nickel, aluminum, copper and stainless steel, or powder of ferrite or carbon can be used.
この燃料電池スタックFSは、電磁波シールド層SLにより当該スタックから発生する電磁波ノイズを抑制することができる。これにより、電気自動車に搭載する電源としてより好適なものとなる。 The fuel cell stack FS can suppress electromagnetic wave noise generated from the stack by the electromagnetic wave shielding layer SL. Thereby, it becomes more suitable as a power supply mounted in an electric vehicle.
図7は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態(概略1ピッチ分)を説明する図である。図示の燃料電池スタックFSは、弾性部材(図3の符号4参照)が無く、セパレータ3,3が凹凸形状を成している。そして、各セパレータ3は、燃料電池セルCの積層状態において、互いの間に冷却用流体の流路31を形成し、且つ膜電極構造体2との間に燃料ガスの流路32及び酸化剤ガスの流路33を形成している。
FIG. 7 is a view for explaining still another embodiment (approximately one pitch) of the fuel cell stack of the present invention. The illustrated fuel cell stack FS has no elastic member (see
本発明の燃料電池スタックFSは、上記の如くコルゲート加工されたセパレータ3を用いた構造にも適用することができ、外側を被覆する樹脂部材Rにより充分なシール性を確保したうえで、生産効率の向上や低コスト化、さらには外部との絶縁性をも得ることができる。
The fuel cell stack FS of the present invention can be applied to a structure using the
図8は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態(1ピッチ分)を説明する図である。図示の燃料電池スタックFSは、図3に示す実施形態と同様の基本構成を有するが、積層方向に隣接するセパレータ3,3の接合用周縁部3F,3Fが溶接(W)により接合してある。そして、溶接した接合用周縁部3Fをも含めて、各接合用端部1F,3Fを樹脂材料Rで被覆した構造になっている。
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment (for one pitch) of the fuel cell stack of the present invention. The illustrated fuel cell stack FS has the same basic configuration as that of the embodiment shown in FIG. 3, but the joining
上記の燃料電池スタックFSは、冷却用流体に対しては、溶接部分と外周シール部S2がシール機能を果し、燃料ガスや水蒸気に対しては、樹脂部材Rすなわち隙間シール部S1と外周シール部S2がシール機能を果すこととなる。 In the fuel cell stack FS, the welded portion and the outer peripheral seal portion S2 perform a sealing function for the cooling fluid, and the resin member R, that is, the gap seal portion S1 and the outer peripheral seal for the fuel gas and water vapor. The part S2 performs a sealing function.
本発明の燃料電池スタックにおいて、樹脂部材Rは、積層方向に隣接する接合用周縁部同士のうちの少なくとも膜電極構造体2及びセパレータ3の接合用周縁部1F,3F同士の間に介在する隙間シール部S1と、外周シール部S2を備えたものである。よって、上記の如くセパレータ3,3の接合用周縁部3F,3Fを溶接(W)した構造も含まれるのであり、この場合も、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
In the fuel cell stack of the present invention, the resin member R is a gap interposed between at least the
なお、本発明の燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成部材の形状、数及び材料といった細部を適宜変更することが可能である。 The configuration of the fuel cell stack of the present invention is not limited to each of the above embodiments, and details such as the shape, number, and material of the constituent members are appropriately changed without departing from the gist of the present invention. It is possible.
1F 接合用周縁部
2 膜電極構造体
3 セパレータ
3F 接合用周縁部
C 燃料電池セル
FS 燃料電池スタック
R 樹脂部材
S1 隙間シール部
S2 外周シール部
31 冷却用流体の流路
SL 電磁波シールド層
1F Joining
C fuel cell FS fuel cell stack R resin member S1 gap seal part S2 outer
Claims (10)
膜電極構造体及び各セパレータが、夫々の外周に接合用周縁部を有し、
積層した各燃料電池セルの外周を樹脂部材で一体的に被覆すると共に、
前記樹脂部材が、積層方向に隣接する接合用周縁部同士のうちの少なくとも膜電極構造体及びセパレータの接合用周縁部同士の間に介在する隙間シール部と、各接合用周縁部の先端から当該樹脂部材の外周面に至る範囲の外周シール部を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a fuel cell having a structure in which a membrane electrode structure is sandwiched between two separators, and a plurality of the fuel cells stacked.
Each membrane electrode structure and each separator has a peripheral edge for bonding on each outer periphery,
While integrally covering the outer periphery of each stacked fuel cell with a resin member,
The resin member has a gap seal portion interposed between at least the membrane electrode structure and the separator peripheral portions of the peripheral peripheral portions adjacent to each other in the stacking direction, and the tip of each peripheral edge portion. A fuel cell stack comprising an outer peripheral seal portion in a range reaching an outer peripheral surface of a resin member.
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