JP6024645B2 - 燃料電池用セパレータおよび燃料電池スタック - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池スタック100を備えている。燃料電池スタック100は、エンドプレート110と、絶縁板120と、集電板130と、複数の単セル140と、集電板130と、絶縁板120と、エンドプレート110と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。なお、単セル140の積層方向は、鉛直方向Yに垂直な方向(水平方向)Xとなっている。
図2は、アノード側セパレータ50におけるMEA30とは反対側の面を示す平面図である。図2において、表裏方向が積層方向Xであり、上下方向が鉛直方向Yである。アノード側セパレータ50およびカソード側セパレータ40は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成型したステンレス鋼やチタン鋼などの金属部材によって形成されている。本実施形態では、セパレータ40、50については、ステンレス鋼をプレス成型して作製した。
以上のように構成された燃料電池スタック100の備えるアノード側セパレータ50によれば、各冷却媒体供給マニホールド82a〜82cとセパレータ中央領域50Aとの間の冷却媒体の流れが、配流リブ94によって均一化され、さらに、鉛直方向Yに並ぶ各冷却媒体供給マニホールド82a〜82cの間には補強リブ95が存在し、補強リブ95と配流リブ94の間は接続リブ96を介してつながっていることから、3つの冷却媒体供給マニホールド82a〜82cのうちの上側の冷却媒体供給マニホールドの開口から下側の冷却媒体供給マニホールドの開口に向かって落下する冷却媒体W1の流れ(図3参照)が止められる。また、接続リブ96がないと、補強リブ95と配流リブ94の間でも冷却媒体W2の落下が起こることになるが、その落下も防止することができる。図3においては、冷却媒体W1、W2の流れが止められることを×印で示した。
・変形例1:
前記実施形態では、複数の冷却媒体供給マニホールドおよび複数の冷却媒体排出マニホールドが、鉛直方向に一列に並んで配置されているが、これに換えて、鉛直方向に対して所定の角度(例えば、5度、10度等)だけ傾いた構成としてもよい。すなわち、本発明の燃料電池用セパレータにおいて、マニホールドが並ぶ「鉛直方向」とは、鉛直方向に対して所定の角度だけ傾いた構成を含む。
前記実施形態では、接続リブ96を、配流リブ94や補強リブ95と同じ高さ、同じ横幅の形状としたが、接続リブ96は必ずしもそうした形状である必要はない。接続リブは、配流リブによる冷却媒体の流れを十分に確保でき、かつ、配流リブと補強リブとの間から冷却媒体が漏れることを防止することができれば、どのような形状とすることもできる。
前記実施形態では、補強リブ、接続リブ、配流リブのセットを、冷却媒体供給マニホールドの周辺と冷却媒体排出マニホールドの双方に設ける構成としたが、これに換えて、冷却媒体供給マニホールドの周辺には上記セットを設けるが、冷却媒体排出マニホールドの周辺には、接続リブおよび配流リブを設けることなく補強リブだけを設ける構成としてもよい。
前記実施形態では、本発明の形態における「延伸部」を接続リブと配流リブによって構成したが、これに換えて、延伸部だけによって構成してもよい。延伸部は、要は、リブからマニホールドと中央領域との間の領域まで延びる構成であれば、いずれの構成とすることもできる。すなわち、延伸部はリブと接続されており、延伸部におけるリブとは反対側の先端は、マニホールドと中央領域との間の領域のうちのいずれかの位置とすることもできる。
前記実施形態および各変形例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に本発明を適用してもよい。
40…カソード側セパレータ
42…酸化剤ガス流路
50…アノード側セパレータ
50A…セパレータ中央領域
50B…外縁部
52…燃料ガス流路
54…冷却媒体流路
62…燃料ガス供給マニホールド
64…燃料ガス排出マニホールド
72、72a〜72e…酸化剤ガス供給マニホールド
82、82a〜82c…冷却媒体供給マニホールド
84、84a〜84c…冷却媒体排出マニホールド
82H、84H…梁部
94…配流リブ
95…補強リブ
96…接続リブ
97…配流リブ
98…補強リブ
99…接続リブ
100…燃料電池スタック
110…エンドプレート
120…絶縁板
130…集電板
140…単セル
150…水素タンク
151…シャットバルブ
152…レギュレータ
153…配管
154…排出配管
160…エアポンプ
161…配管
163…排出配管
170…ラジエータ
171…ウォーターポンプ
172、173…配管
W…冷却媒体
SL1〜SL5…シールライン
Claims (7)
- 膜電極接合体を複数積層した燃料電池スタックにおいて、隣りあう膜電極接合体の間に介装される燃料電池用セパレータであって、
前記膜電極接合体の発電領域と対向する中央領域と、
前記中央領域から外縁に延びる平板状の外縁部と、
前記外縁部に設けられる冷却媒体用の複数のマニホールドであって、前記燃料電池スタックが載置場所に載置された際に鉛直方向に並ぶ複数のマニホールドと、
を備え、
隣り合う前記マニホールドの間を区分けする各梁部には、リブが設けられ、
前記リブは、前記マニホールドと前記中央領域との間の領域まで延伸する延伸部を備える、燃料電池用セパレータ。 - 請求項1に記載の燃料電池用セパレータであって、
前記マニホールドは、前記中央領域に対して冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドである、燃料電池用セパレータ。 - 請求項2に記載の燃料電池用セパレータであって、
前記延伸部は、
前記延伸部における前記中央領域側の端部を含む部分であって、真っ直ぐ延びた形状を有し、前記燃料電池スタックが前記載置場所に載置された際に、水平方向に対して前記中央領域側ほど上側となるように傾いて設けられた部分
を有する、燃料電池用セパレータ。 - 請求項1に記載の燃料電池用セパレータであって、
前記マニホールドは、前記中央領域から冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールドである、燃料電池用セパレータ。 - 請求項4に記載の燃料電池用セパレータであって、
前記延伸部は、
前記延伸部における前記中央領域側の端部を含む部分であって、真っ直ぐ延びた形状を有し、前記燃料電池スタックが前記載置場所に載置された際に、水平方向に対して前記中央領域と反対側ほど上側となるように傾いて設けられた部分
を有する、燃料電池用セパレータ。 - 膜電極接合体を、燃料電池用セパレータを介在させて複数、積層した燃料電池スタックであって、
前記燃料電池用セパレータは、
前記膜電極接合体の発電領域と対向する中央領域と、
前記中央領域から外縁に延びる平板状の外縁部と、
前記外縁部に設けられる冷却媒体用の複数のマニホールドであって、前記燃料電池スタックが載置された際に鉛直方向に並ぶ複数のマニホールドと、
前記中央領域と前記各マニホールドとの間に設けられ、前記冷却媒体の流れの方向を規制する複数の配流リブと、
を備え、
隣り合う前記マニホールドの間を区分けする各梁部には、リブがそれぞれ設けられ、
前記リブは、前記マニホールドと前記中央領域との間の領域まで延伸する延伸部を備える、燃料電池スタック。 - 請求項6に記載の燃料電池スタックであって、
前記燃料電池用セパレータは、膜電極接合体のアノード側に配設された、燃料電池スタック。
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