JP6123635B2 - Fuel cells and fuel cells - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セルと燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell.
燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、それぞれの燃料電池セルは、向かい合うアノード側とカソード側の両セパレーターにて膜電極接合体を挟持している。こうして膜電極接合体を両セパレーターにて挟持するに当たり、膜電極接合体の外周縁側におけるシール性を確保する手法が提案されている(例えば、特許文献1)。 The fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cells serving as power generation units are stacked, and each fuel cell sandwiches a membrane electrode assembly between both anode-side and cathode-side separators facing each other. In this way, when sandwiching the membrane electrode assembly between both separators, a method has been proposed for ensuring sealing performance on the outer peripheral side of the membrane electrode assembly (for example, Patent Document 1).
この特許文献で提案されたシール手法によれば、膜電極接合体を挟持したセパレーターの間にゴムからなる弾性のシール材を配設してこれをセパレーターに接着することで、セパレーター間のシール性を発揮している。ところで、燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層してその積層方向に締結したスタック構造の状態で、例えば車両等に搭載される。こうしたスタック構造では、シール材を挟んだアノード側とカソード側の両セパレーターは、セル間のシールを図るガスケットを介在させて、隣り合う燃料電池セルの一方のセパレーターと接触している。こうしたセパレーターの接触状態は、スタック構造の状態での締結力により通常は維持されるので、特段の支障は無い。しかしながら、次のような新たな問題が生じ得ることが指摘されるに到った。 According to the sealing method proposed in this patent document, an elastic sealing material made of rubber is disposed between the separators sandwiching the membrane electrode assembly, and this is adhered to the separator, whereby the sealing property between the separators Is demonstrating. By the way, the fuel cell is mounted on, for example, a vehicle or the like in a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked and fastened in the stacking direction. In such a stack structure, both the anode-side and cathode-side separators sandwiching the sealing material are in contact with one of the separators of adjacent fuel cells via a gasket for sealing between the cells. Since the contact state of such a separator is normally maintained by the fastening force in the state of the stack structure, there is no particular problem. However, it has been pointed out that the following new problems may arise.
個々の燃料電池セルは、アノード側とカソード側の両セパレーターにて、その中央領域において膜電極接合体を挟持する。また、燃料電池セルは、膜電極接合体の周縁のセパレーター間にシール材を接着して備える。よって、燃料電池セルは、セパレーター中央領域とその周囲のセパレーター外周域とで、異なる部材を両セパレーターの間に介在させた状態で、複数積層されてスタック構造の燃料電池を構成することになる。シール材は、その素材がゴムであることから、経年変化によるヘタリや低温環境下での体積収縮を起こし得る。そうすると、ある燃料電池セルにおけるアノード側とカソード側の両セパレーターは、シール材に接着している都合上、ヘタリや体積収縮を起こしたシール材によりセパレーター外周域において引き寄せられ、セパレーター外周域の厚みが薄くなり得る。こうなると、隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間が拡大して、セル間のシールを図るガスケットによるシール性能の低下が危惧される。こうしたセパレーター間の隙間の拡大は、積層された燃料電池セルのそれぞれで起き得る。このほか、いくつかの燃料電池セルが隣り合うセル間でのセパレーターの貼り付きによりブロック化したような場合には、そのブロック化した端部側の燃料電池セルとその隣のブロックの燃料電池セルとの間で、セパレーター間の隙間の拡大が顕著となり得る。上記の特許文献では、シール材のヘタリや体積収縮に伴ってセパレーター外周域の厚みが薄くなり得るという事態を全く想定していないことから、積層された燃料電池セル間のシール性能を維持することが要請されるに到った。この他、燃料電池セルを積層したスタック構造の燃料電池の製造コストの低減等を可能とすることも要請されている。 Each fuel cell sandwiches a membrane electrode assembly in the central region between both anode-side and cathode-side separators. In addition, the fuel battery cell includes a sealing material adhered between the separators on the periphery of the membrane electrode assembly. Therefore, a plurality of fuel cells are stacked in the central region of the separator and the outer peripheral region of the separator, and a plurality of the fuel cells are stacked to form a stack structure fuel cell. Since the material of the sealing material is rubber, the sealing material can be damaged due to aging and volume shrinkage under a low temperature environment. As a result, both the anode-side and cathode-side separators in a certain fuel battery cell are attracted in the outer peripheral area of the separator by the seal material that has been drastically or contracted in volume due to the adhesion to the sealing material, and the thickness of the separator outer peripheral area is increased. Can be thin. If it becomes like this, the clearance gap between the separators in an adjacent fuel battery cell will expand, and there exists a concern about the fall of the sealing performance by the gasket which aims at the sealing between cells. Such expansion of the gap between the separators can occur in each of the stacked fuel cells. In addition, in the case where some fuel cells are blocked by sticking a separator between adjacent cells, the fuel cell at the end of the block and the fuel cell at the next block In between, the expansion of the gap between the separators can be significant. In the above-mentioned patent document, since the situation that the thickness of the outer peripheral region of the separator can be reduced with the settling or volume shrinkage of the sealing material is not assumed at all, the sealing performance between the stacked fuel cells is maintained. Has been requested. In addition, it is also required to reduce the manufacturing cost of a fuel cell having a stack structure in which fuel cells are stacked.
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。 In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池セルが提供される。この燃料電池セルは、膜電極接合体を第1のセパレーターと第2のセパレーターとで挟持した燃料電池セルであって、前記第1と第2のセパレーターは、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部をそれぞれ備え、該外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させ、該弾性シール材が介在して対向している前記外縁部における前記第1のセパレーターから前記第2のセパレーターに掛けての前記外縁部の厚みは、前記セパレーター中央領域において前記膜電極接合体を挟持する前記第1のセパレーターから前記第2のセパレーターに掛けての厚みより大きくされている。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel battery cell is provided. The fuel cell is a fuel cell in which a membrane electrode assembly is sandwiched between a first separator and a second separator, and the first and second separators are connected to a power generation region of the membrane electrode assembly. Each of the outer edge portions extending from the opposing separator central region to the peripheral outer edge is opposed to the outer edge portion with an elastic sealing material that performs a sealing function on the outer peripheral edge side of the membrane electrode assembly interposed therebetween. The thickness of the outer edge from the first separator to the second separator at the outer edge facing each other is such that the first electrode sandwiching the membrane electrode assembly in the central region of the separator The thickness from the separator to the second separator is larger.
上記形態の燃料電池セルは、複数積層されてスタック構造の燃料電池を構成する。このスタック構造の燃料電池では、隣り合う燃料電池セルの一方の燃料電池セルの第1のセパレーターが他方の燃料電池セルの第2のセパレーターと接触するよう締結される。このような締結をもたらす締結力は、上記形態の燃料電池セルの外縁部にも当然に及び、隣り合う燃料電池セルの一方の燃料電池セルの外縁部を他方の燃料電池セルの外縁部に接触させた上で、各燃料電池セルの外縁部における弾性シール材を圧縮する。上記形態の燃料電池セルは、弾性シール材を介在させて対向する第1と第2のセパレーターの外縁部の厚みを、セパレーター中央領域において膜電極接合体を挟持する第1のセパレーターから第2のセパレーターに掛けての厚みより大きくしていることから、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重を、弾性シール材を介在させた外縁部において大きくする。この結果、上記形態の燃料電池セルによれば、仮に弾性シール材にヘタリや体積収縮が起きたとしても、弾性シール材を介在させた外縁部に掛かる荷重が大きい故に、スタック構造の燃料電池において隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。また、上記形態の燃料電池セルでは、外縁部の厚みを大きくすればよく、セパレーターの形状調整等にて、この外縁部の厚みを容易に大きくできる。よって、上記形態の燃料電池セルによれば、セル製造コスト、延いては燃料電池としての製造コストの低減が可能であるほか、セパレーター形状調整という簡便な対処で、隣り合う燃料電池セル間のシール性能を維持できる。 A plurality of fuel cells of the above form are stacked to constitute a fuel cell having a stack structure. In the fuel cell having the stack structure, the first separator of one fuel battery cell of the adjacent fuel battery cells is fastened so as to come into contact with the second separator of the other fuel battery cell. The fastening force that brings about such fastening is naturally applied to the outer edge of the fuel cell of the above-described form, and the outer edge of one fuel cell of the adjacent fuel cell contacts the outer edge of the other fuel cell. Then, the elastic sealing material at the outer edge of each fuel cell is compressed. In the fuel cell of the above aspect, the thickness of the outer edge portions of the first and second separators facing each other with the elastic sealing material interposed therebetween is changed from the first separator holding the membrane electrode assembly to the second in the separator central region. Since the thickness is larger than the thickness applied to the separator, the load based on the fastening force that brings about the cell fastening is increased at the outer edge portion through which the elastic sealing material is interposed. As a result, according to the fuel cell of the above embodiment, even if the elastic sealing material is drooped or contracted in volume, the load applied to the outer edge portion through which the elastic sealing material is interposed is large. The expansion of the gap between the separators in adjacent fuel cells can be suppressed, and the sealing performance between the cells can be maintained. In the fuel cell of the above embodiment, the thickness of the outer edge portion may be increased, and the thickness of the outer edge portion can be easily increased by adjusting the shape of the separator. Therefore, according to the fuel cell of the above embodiment, it is possible to reduce the cell manufacturing cost, and hence the manufacturing cost as a fuel cell, and to seal between adjacent fuel cells by a simple measure of separator shape adjustment. Performance can be maintained.
(2)上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記外縁部の厚みは、複数の前記燃料電池セルを積層したスタック構造に含まれる前記燃料電池セルの前記外縁部の厚みより大きくされているようにしてもよい。こうすれば、スタック構造における外縁部の厚みとの差分に相当する分だけ締結力に基づく荷重が大きくなり、既述したようにセル間のシール性能を維持できる。 (2) In the fuel cell of the above aspect, the thickness of the outer edge portion is set to be larger than the thickness of the outer edge portion of the fuel cell included in the stack structure in which the plurality of fuel cells are stacked. May be. By doing so, the load based on the fastening force is increased by an amount corresponding to the difference from the thickness of the outer edge portion in the stack structure, and the sealing performance between the cells can be maintained as described above.
(3)上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記第1と第2のセパレーターは、金属鋼板から形成され、前記第1と第2のセパレーターが前記対向させている前記外縁部に、セル外方に向けて突出した凸部位を有し、該凸部位にて前記外縁部の厚みを規定するようにしてもよい。こうすれば、外縁部の凸部位は、金属鋼板から形成されたセパレーター自体がセル外方に向けて突出している故に、締結荷重を受けて接着シールが圧縮されるに当たり、バネとしての機能を発揮する。よって、この形態の燃料電池セルによれば、凸部位のバネ機能によっても弾性シール材のヘタリや体積収縮に抗することができるので、セル間のシール性能の維持に寄与できる。 (3) In the fuel battery cell according to the above aspect, the first and second separators are formed of metal steel plates, and the outer edges of the first and second separators are opposed to each other. It is possible to have a convex portion protruding toward the surface, and to define the thickness of the outer edge portion at the convex portion. In this way, the convex part of the outer edge part functions as a spring when the adhesive seal is compressed by receiving a fastening load because the separator itself formed from the metal steel plate protrudes outward from the cell. To do. Therefore, according to the fuel cell of this embodiment, since the elastic function of the elastic sealing material can be resisted by the spring function of the convex portion, it can contribute to the maintenance of the sealing performance between the cells.
(4)上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記第1と第2のセパレーターは、前記外縁部に、セルモニターコネクターが装着されるコネクター装着部を備え、該コネクター装着部にあっても、前記弾性シール材を介在させて対向させているようにしてもよい。こうすれば、弾性シール材を介在させたコネクター装着部についても、このコネクター装着部の厚みをセパレーター中央領域における上記した厚みより大きくできるので、コネクター装着部に大きな荷重を掛けて、スタック構造の燃料電池において隣り合う燃料電池セルでのコネクター装着部間の隙間の拡大を抑制できる。この結果、コネクター装着部にセルモニターコネクターを支障なく装着できると共に、装着後のコネクターの脱落の他、コネクターの損傷や破壊を抑制できる。 (4) In the fuel cell of the above aspect, each of the first and second separators includes a connector mounting portion to which a cell monitor connector is mounted on the outer edge portion. You may make it oppose through the interposition of an elastic sealing material. In this way, the thickness of the connector mounting portion with the elastic seal material interposed can be made larger than the thickness described above in the central region of the separator. The expansion of the gap between the connector mounting portions in the adjacent fuel battery cells in the battery can be suppressed. As a result, the cell monitor connector can be mounted on the connector mounting portion without any trouble, and the connector can be prevented from dropping or being damaged or broken.
(5)本発明の他の形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、膜電極接合体を第1のセパレーターと第2のセパレーターで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池であって、前記燃料電池セルのそれぞれは、前記第1と第2のセパレーターとを、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部を備えるセパレーターとし、前記外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させる。そして、隣り合う前記燃料電池セルの一方の燃料電池セルの前記第1のセパレーターに他方の燃料電池セルの前記第2のセパレーターが接触して押圧されると共に、前記外縁部に掛かる荷重が前記セパレーター中央領域に掛かる荷重より大きくなるように、締結されている。 (5) According to another aspect of the present invention, a fuel cell is provided. The fuel cell is a fuel cell in which a plurality of fuel cells each having a membrane electrode assembly sandwiched between a first separator and a second separator are stacked, and each of the fuel cells includes the first and second fuel cells. The separator is a separator having an outer edge extending from the separator central region facing the power generation region of the membrane electrode assembly to a peripheral outer edge, and the outer edge is an elastic material that performs a sealing function on the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly. It is made to oppose with a sealing material interposed. Then, the second separator of the other fuel battery cell comes into contact with and is pressed against the first separator of one fuel battery cell of the adjacent fuel battery cells, and the load applied to the outer edge portion is applied to the separator. It is fastened so as to be larger than the load applied to the central region.
上記形態の燃料電池では、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重を、弾性シール材を介在させた外縁部においてセパレーター中央領域より大きくする。この結果、上記形態の燃料電池によれば、仮に弾性シール材にヘタリや体積収縮が起きたとしても、弾性シール材を介在させた外縁部に掛かる荷重が大きい故に、隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。 In the fuel cell of the above aspect, the load based on the fastening force that brings about the cell fastening is made larger than the central region of the separator at the outer edge portion with the elastic sealing material interposed. As a result, according to the fuel cell of the above aspect, even if the elastic sealing material is drooped or contracted in volume, the load applied to the outer edge portion where the elastic sealing material is interposed is large. The expansion of the gap between the separators can be suppressed, and the sealing performance between the cells can be maintained.
(6)上記の形態の燃料電池において、前記燃料電池セルのそれぞれを、上記した各形態の燃料電池セルとするようにしてもよい。こうすれば、積層されるそれぞれの燃料電池セル自体が、弾性シール材を介在させた外縁部の厚みを上記の様に規定することにより、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重が弾性シール材を介在させた外縁部においてセパレーター中央領域より大きくなるようにしている。よって、この形態の燃料電池によれば、既存の電池セルを置き換えればよいので、セル間のシール性能の維持に加え、燃料電池製造コストの低減を可能とする。 (6) In the fuel cell of the above aspect, each of the fuel battery cells may be the fuel battery cell of each of the above aspects. In this way, each of the stacked fuel cells itself defines the thickness of the outer edge portion with the elastic sealing material interposed therebetween as described above, so that the load based on the fastening force that brings about the cell fastening causes the elastic sealing material to In the outer edge part interposed, it is made larger than the central region of the separator. Therefore, according to the fuel cell of this embodiment, it is only necessary to replace the existing battery cell, so that the fuel cell manufacturing cost can be reduced in addition to maintaining the sealing performance between the cells.
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、燃料電池セルの製造方法、或いは燃料電池の製造方法としての形態で実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved with various forms, for example, can be implement | achieved with the form as a manufacturing method of a fuel cell, or a manufacturing method of a fuel cell.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図1は本発明の実施形態としての燃料電池10の構成を示す概略斜視図である。燃料電池10は、燃料電池セルたるユニットセル100をZ方向(以下、「積層方向」とも呼ぶ)に複数積層し、一対のエンドプレート170F,170Eで挟持したスタック構造を有している。そして、燃料電池10は、セル中央下端の締結ボルト20や、セルコーナー部の図示しない締結ボルトにて、セル積層方向に締結されている。燃料電池10は、前端側のエンドプレート170Fとユニットセル100との間に、前端側の絶縁板165Fを介在させて前端側のターミナルプレート160Fを有する。燃料電池10は、後端側のエンドプレート170Eとユニットセル100との間にも、同様に、後端側の絶縁板165Eを介在させて後端側のターミナルプレート160Eを有する。ユニットセル100と、ターミナルプレート160F,160Eと、絶縁板165F,165Eおよびエンドプレート170F,170Eは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がX方向(水平方向)で短辺がY方向(垂直方向,鉛直方向)に沿うように配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a
前端側におけるエンドプレート170Fと絶縁板165Fとターミナルプレート160Fは、燃料ガス供給孔172INおよび燃料ガス排出孔172OTと、複数の酸化剤ガス供給孔174INおよび酸化剤ガス排出孔174OTと、複数の冷却水供給孔176INおよび冷却水排出孔176OTとを有する。これらの給排孔は、各ユニットセル100の対応する位置に設けられているそれぞれの孔(不図示)と連結して、それぞれに対応するガス或いは冷却水の給排マニホールドを構成する。その一方、後端側におけるエンドプレート170Eと絶縁板165Eとターミナルプレート160Eには、これらの給排孔は設けられていない。これは、反応ガス(燃料ガス,酸化剤ガス)および冷却水を前端側のエンドプレート170Fからそれぞれのユニットセル100に対して供給マニホールドを介して供給しつつ、それぞれのユニットセル100からの排出ガスおよび排出水を前端側のエンドプレート170Fから外部に対して排出マニホールドを介して排出するタイプの燃料電池であることによる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、前端側のエンドプレート170Fから反応ガスおよび冷却水を供給し、後端側のエンドプレート170Eから排出ガスおよび排出水が外部へ排出されるタイプ等の種々のタイプとすることができる。
The
複数の酸化剤ガス供給孔174INは、前端側のエンドプレート170Fの下端の外縁部にX方向(長辺方向)に沿って配置されており、複数の酸化剤ガス排出孔174OTは、上端の外縁部にX方向に沿って配置されている。燃料ガス供給孔172INは、前端側のエンドプレート170Fの右端の外縁部のY方向(短辺方向)の上端部に配置されており、燃料ガス排出孔172OTは、左端の外縁部のY方向の下端部に配置されている。複数の冷却水供給孔176INは、酸化剤ガス供給孔174INの下側にY方向に沿って配置されており、複数の冷却水排出孔176OTは、酸化剤ガス排出孔174OTの上側にY方向に沿って配置されている。
The plurality of oxidant gas supply holes 174IN are arranged along the X direction (long side direction) at the outer edge of the lower end of the front end
前端側のターミナルプレート160Fおよび後端側のターミナルプレート160Eは、各ユニットセル100の発電電力の集電板であり、図示しない端子から集電した電力を外部へ出力する。
The
図2はユニットセル100の構成を分解して示す概略斜視図である。図示するように、ユニットセル100は、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)110と、MEGA110の両面を挟むように配置されたアノード側セパレーター120と、カソード側セパレーター130と、接着シール140と、ガス流路部材150とを備える。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the structure of the
MEGA110は、電解質膜の両面に一対の触媒電極層が形成された膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を含み、このMEAをガス拡散透過を図るガス拡散層(Gas Diffusion Layer/GDL)で挟持して構成される発電体である。なお、MEGAをMEAと呼ぶ場合もある。
The
アノード側セパレーター120およびカソード側セパレーター130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、アノード側セパレーター120については、ステンレス鋼をプレス成型して作製した。
The anode-
アノード側セパレーター120は、MEGA110の側の面に、複数筋の溝状の燃料ガス流路を備え、反対側の面に、複数筋の溝状の冷却水流路を備え、この両流路を、セパレーター表裏面で交互に並べている。これら流路については、後述する。このアノード側セパレーター120は、上述したマニホールドを構成する給排孔として、燃料ガス供給孔122INおよび燃料ガス排出孔122OTと、複数の酸化剤ガス供給孔124INおよび酸化剤ガス排出孔124OTと、複数の冷却水供給孔126INおよび冷却水排出孔126OTとを備える。同様に、カソード側セパレーター130は、燃料ガス供給孔132INおよび燃料ガス排出孔132OTと、複数の酸化剤ガス供給孔134INおよび酸化剤ガス排出孔134OTと、複数の冷却水供給孔136INおよび冷却水排出孔136OTとを備える。また、接着シール140にあっても、同様に、アノード側セパレーター120の給排孔に対応して、燃料ガス供給孔142INおよび燃料ガス排出孔142OTと、複数の酸化剤ガス供給孔144INおよび酸化剤ガス排出孔144OTと、複数の冷却水供給孔146INおよび冷却水排出孔146OTとを備える。
The
接着シール140は、シール性と絶縁性、並びに弾性を有するゴム、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)や、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM)等から形成され、その中央に、MEGA110の矩形形状に適合した発電領域窓141を有する。この発電領域窓141の周縁は、段差形状とされており、その段差部に、MEGA110が組み込み装着される。こうして発電領域窓141に装着されたMEGA110は、接着シール140の段差部において接着シール140と重なり、発電領域窓141にて露出した領域を、後述のアノード側セパレーター120から燃料ガスの供給を受ける発電領域112とする。接着シール140は、MEGA110が組み込まれた発電領域窓141の周囲領域に既述した給排孔を備え、MEGA110を発電領域窓141に組み込んだ状態で、アノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130とを、それぞれの給排孔回りを含めてシールする。つまり、接着シール140は、段差部でMEGA110をその発電領域112の外側領域に亘ってシールするほか、MEGA110の矩形形状外周領域においても、アノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130との間に介在してシールする。このようにアノード・カソードの両セパレーターをシールする接着シール140は、本願における弾性シール材として機能するので、適宜、弾性シール材140とも称する。図2においては、接着シール140は、単独で矩形形状を有するよう示されているが、両セパレーターの間に上記した各ゴム素材を配置した上での熱溶融と冷却養生を経て、図2に示すように賦形される。接着シール140の形成の様子については後述する。なお、アノード側およびセパレーター側の両セパレーターは、ユニットセル100が積層された際の燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水ごとの給排孔のシール性をセパレーター同士の接合面で確保すべく、後述の図3に示すように燃料ガス用シール材300と、酸化剤用シール材301と、冷却水用シール材302とを備える。
The
ガス流路部材150は、接着シール140を介在させた上で、MEGA110とカソード側セパレーター130との間に位置し、酸化剤ガス供給孔134INから酸化剤ガス排出孔134OTに掛けての酸化剤ガスの流路を形成する。そして、このガス流路部材150は、その部材上下端を、酸化剤ガス供給孔134INの上端と酸化剤ガス排出孔134OTの下端に重なるように延ばしている。このため、ガス流路部材150は、カソード側セパレーター130の酸化剤ガス供給孔134INから供給される酸化剤ガスを部材下端から導き入れ、その導き入れた酸化剤ガスを、MEGA110の面方向(XY平面方向)に沿って流す。そして、ガス流路部材150は、余剰の酸化剤ガスを部材上端からカソード側セパレーター130の酸化剤ガス排出孔134OTに排出する。このようなガス流路部材150としては、金属多孔体(例えば、エキスパンドメタル)などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料が用いられる。また、このガス流路部材150は、図2における上下端に、ガス非透過の薄葉状のシーリングシート151を備え、当該シートを、MEGA110の上下端領域に接合させている。
The gas
図3はアノード側セパレーター120の構成を示す概略平面図である。この図3は、アノード側セパレーター120に隣接する他のユニットセル100に対向する面(以下、「冷却面」とも呼ぶ)側から見た状態を示している。この冷却面と反対のMEGA110に対向する面を「ガス面」とも呼ぶ。アノード側セパレーター120は、ステンレス鋼等をプレス成型して形成され、図2に示すように、接着シール140とガス流路部材150とを介在させて、MEGA110をカソード側セパレーター130と共に挟持する。このアノード側セパレーター120は、MEGA110の既述した発電領域112と対向するセパレーター中央領域121に、後述の複数筋の第1溝202と第2溝204とを交互に並べて備え、セパレーター中央領域121から外側に延びて当該中央領域を取り囲む外縁部123に、既述した反応ガスおよび冷却水の給排孔として、燃料ガス供給孔122INおよび燃料ガス排出孔122OTと、複数の酸化剤ガス供給孔124INおよび酸化剤ガス排出孔124OTと、複数の冷却水供給孔126INおよび冷却水排出孔126OTとを備える。これら給排孔のうち、燃料ガス供給孔122INと燃料ガス排出孔122OTとは、燃料ガス用シール材300により個別にシールされ、複数の酸化剤ガス供給孔124INと複数の酸化剤ガス排出孔124OTとは、酸化剤用シール材301により、孔の並びごとにシールされる。また、冷却水用シール材302は、複数の冷却水供給孔126INと冷却水排出孔126OT、および冷却面側のセパレーター中央領域121を含む冷却水流通域を取り囲み、この冷却水流通域をシールする。こうした給排孔シールは、カソード側セパレーター130においてもなされている。
FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the
第1溝202は、アノード側セパレーター120の既述したガス面側であって図3においては紙面奥側の面の側で凹な凹溝であり、このガス面において延びる。第2溝204は、アノード側セパレーター120の既述した冷却面側であって図3においては紙面手前側の面の側で凹な凹溝であり、この冷却面において延びる。そして、この第1溝202と第2溝204は、両溝形状に適合した凹凸形状の金型をセパレーター中央領域121に対するプレス押圧するプレス成型による複数筋の凹凸条として形成され、セパレーター中央領域121においてアノード側セパレーター120の表裏面で交互に並ぶ。つまり、アノード側セパレーター120は、図3における縦断面視において、この第1溝202と第2溝204とが交互に繰り返し並んだ断面凸凹形状(断面波形形状)とされている。
The
ガス面側で凹な第1溝202は、接着シール140の発電領域窓141に露出したMEGA110に燃料ガスを供給する燃料ガス流路溝(以下、「燃料ガス流路溝202」とも呼ぶ)を構成し、冷却面側で凹な第2溝204は、燃料ガス流路溝202を仕切るリブを構成するとともに、後述のカソード側セパレーター130にアノード側セパレーター120が接触することで、冷却水が通過する冷却水流路溝(以下、「冷却水流路溝204」とも呼ぶ)を構成する。そして、複数の燃料ガス流路溝202で構成される燃料ガス流路200が、燃料ガス供給孔122INから燃料ガス排出孔122OTへ向けてサーペンタイン状に、図3における紙面裏側の既述したガス面側に形成されている。本実施形態のユニットセル100は、サーペンタイン状の燃料ガス流路200において、図3に示すセパレーター中央領域121の上下端側に位置する燃料ガス流路溝202を、外縁部123の側でセパレーター中央領域121の左右方向、即ち図3におけるx方向に延ばしている。こうすることで、セパレーター中央領域121がMEGA110の発電領域112に対向した場合に、この発電領域112の周縁にも、外縁部123の側でセパレーター中央領域121の左右方向に延びた燃料ガス流路溝202から燃料ガスを供給できる。なお、図3のC部拡大に示すように、セパレーター中央領域121の上下端側に位置して、外縁部123の側でセパレーター中央領域121の左右方向に延びる第1溝202を、セパレーター中央領域121の内側に位置する第1溝202と区別すべく、端部第1溝202tと称することとする。
The
燃料ガス流路溝202は、サーペンタイン状の溝経路を採ることから、図3に示すセパレーター中央領域121の左右の水平端側領域である転換領域Aでは、溝経路向きをX方向からY方向に変える、或いはこの逆にX方向からY方向に変える。そして、燃料ガス流路溝202は、この転換領域Aを含め、X方向に延びる直線流路域において、冷却面側において、冷却水流路溝204を仕切るリブとして機能する。燃料ガス流路溝202は、X方向に延びる直線流路域において冷却水流路溝204を仕切るリブとして機能するとはいえ、冷却水排出孔126OTの側へ向かう第2溝204での冷却水の流れを阻害しない。ところが、溝経路向きが変換する転換領域Aでは、燃料ガス流路溝202が壁となって、冷却水供給孔126INから冷却水排出孔126OTへ向かう冷却水の流れが阻害され得る。そこで、この領域の燃料ガス流路溝202を、その溝経路に沿って溝深さが浅い部位を点在して有するようにすることで、隣り合う第2溝204の間の冷却水流通を許容する。これにより、冷却水の流れは、転換領域Aにおいて阻害されることはなく、冷却水は、冷却水供給孔126INから冷却水排出孔126OTへ向けて流れる。なお、こうした溝構成は、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明は省略する。
Since the fuel
この他、アノード側セパレーター120は、燃料ガス排出孔122OTの側のセパレーターコーナー部Dにおいて、外縁部123に、カッティング部120cとコネクター装着部125を有する。後述するように、アノード側セパレーター120は、接着シール140を介在させてカソード側セパレーター130と重ね合わされるので、カソード側セパレーター130は、アノード側セパレーター120のカッティング部120cの部位にて露出し、この露出部位を図示しないセルモニターコネクターの電位計測部130Ctとする。これら部位の位置関係については、後述する。そして、コネクター装着部125は、カソード側セパレーター130が有するコネクター装着部135と共に、セルモニターコネクターが装着された際の抜止機能を果たし、コネクター装着部125で抜止されたセルモニターコネクターは、電位計測部130Ctを測定端子にて挟持し、計測電位を出力する。セルモニターコネクターは、ユニットセル100ごとではなく、所定個数のユニットセル100を装着・計測単位として、燃料電池10の組み付け完成後にコネクター装着部125に装着される。
In addition, the anode-
カソード側セパレーター130は、図2に示すように、ほぼ平板状とされ、MEGA110の既述した発電領域112と対向するセパレーター中央領域137の上下端、即ちガス流路部材150の上下端近傍に、脚131を、図2における紙面奥側に突出させている。この脚131は、ユニットセル100が積層された際に、隣り合うユニットセル100のアノード側セパレーター120における後述の外縁部123に接触する。この様子については、後述する。また、カソード側セパレーター130は、案内凸部127から外側に延びて当該中央領域を取り囲む外縁部138に、既述した反応ガスおよび冷却水の給排孔として、燃料ガス供給孔132INおよび燃料ガス排出孔132OTと、複数の酸化剤ガス供給孔134INおよび酸化剤ガス排出孔134OTと、複数の冷却水供給孔136INおよび冷却水排出孔136OTとを備える。
As shown in FIG. 2, the
次に、燃料電池10におけるユニットセル100の積層の様子を説明する。図4は図3のC部拡大箇所における4−4線に沿った燃料電池10の概略断面である。図示するように、燃料電池10は、複数のユニットセル100を積層して構成され、ユニットセル100は、MEGA110をアノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130とで挟持する。なお、この図4では、MEGA110は、電解質膜の両膜面に触媒電極層を接合したMEA110Dをアノード側ガス拡散層110Aとカソード側ガス拡散層110Cで挟持した形態で示されている。そして、それぞれのユニットセル100は、アノード側セパレーター120がセパレーター中央領域121の外側に延ばして備える外縁部123(図2〜図3参照)を、MEGA110の発電領域112(図2〜図3参照)の周縁において、MEGA110に接合させる。また、それぞれのユニットセル100は、第1溝202と第2溝204が形成済みのセパレーター中央領域121をMEGA110の発電領域112に対向させて接触させる。これにより、端部第1溝202tと他の部位の第1溝202は、その凹溝開口端がMEGA110で閉塞され、既述したように延びる燃料ガス流路溝202として機能する。カソード側セパレーター130にあっては、ガス流路部材150を介在させた状態で、セパレーター中央領域137(図2参照)をMEGA110の発電領域112に対向させる。
Next, how the
この他、それぞれのユニットセル100は、アノード側セパレーター120の外縁部123と、カソード側セパレーター130の外縁部138とを、MEGA110の外周縁側でのシール機能を果たす接着シール140を介在させて対向させている。アノード側セパレーター120の外縁部123は、図4に示すように、酸化剤ガス排出孔124OTの側でセル外方に向けて突出した凸部123tを備え、接着シール140は、カソード側セパレーター130の外縁部138と、外縁部123および凸部123tとの間を隙なく埋めてシールする。接着シール140の形成の様子については後述する。
In addition, each
隣り合って積層されたユニットセル100は、一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120が有する第1溝202の底部壁202sを、他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130に接触させる。これにより、第2溝204は、その凹溝開口端が閉塞され、既述したように延びる冷却水流路溝204として機能する。また、隣り合って積層されたユニットセル100は、一方のユニットセル100のカソード側セパレーター130が有する脚131を、他方のユニットセル100のアノード側セパレーター120の外縁部123に接触させる。これにより、脚131は、アノード側セパレーター120の外縁部123において、それぞれのユニットセル100の支えとして機能する。隣り合って積層されたユニットセル100は、一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120が外縁部123に有する凸部123tを、他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130の外縁部138に接触させる。これにより、酸化剤ガス排出孔124OTと酸化剤ガス排出孔134OTと酸化剤ガス排出孔144OTとが繋がった酸化剤ガス排出孔よりセル外側では、凸部123tの間の凹所が酸化剤用シール材301の配設箇所となる。なお、以下の説明に当たっては、上記の各ガス排出孔が繋がった酸化剤ガス排出孔を、単に酸化剤ガス排出孔124OTと称する。燃料ガスや冷却水の給排孔についても同様である。
In the
この他、隣り合って積層されたユニットセル100は、燃料ガス供給孔122INと冷却水流路溝204が開口した側の冷却面側におけるセパレーター中央領域121と燃料ガス排出孔122OTとを含む冷却水流通域を取り囲む冷却水用シール材302(図3参照)と、酸化剤ガス排出孔124OTを取り囲む酸化剤用シール材301とを、セパレーター上端側において、一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120と他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130との間に挟持する。なお、セパレーター下端側では、冷却水用シール材302と、酸化剤ガス供給孔124INを取り囲む酸化剤用シール材301とが、セパレーター左右両端では、冷却水用シール材302と、燃料ガス供給孔122INを取り囲む燃料ガス用シール材300および燃料ガス排出孔122OTを取り囲む燃料ガス用シール材300とが、一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120と他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130とで挟持される。
In addition, the
このようにユニットセル100を積層した燃料電池10は、締結ボルト20(図1参照)を初めとする複数本の締結ボルトにて、セル積層方向に締結される。こうした締結されたスタック構造の燃料電池10は、隣り合うユニットセル100の一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120が他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130と接触するよう締結されることになる。締結ボルト20等による締結力は、積層済みのそれぞれのユニットセル100の外縁部にも当然に及ぶので、スタック構造の燃料電池10は、隣り合うユニットセル100の一方のユニットセル100の外縁部123を他方のユニットセル100の外縁部138、詳しくは外縁部138に含まれる脚131に接触させると共に、隣り合うユニットセル100の一方のユニットセル100の外縁部123に含まれる凸部123tを他方のユニットセル100の外縁部138に接触させた上で、それぞれのユニットセル100における接着シール140を圧縮する。
Thus, the
図5はユニットセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図、図6はユニットセル100の製造の様子を模式的に示す説明図、図7はユニットセル100を積層して締結する様子を模式的に示す説明図である。図5に示すように、ユニットセル100は、セル単独の状態において、既述したようにアノード側セパレーター120の外縁部123の凸部123tとカソード側セパレーター130の外縁部138とを接着シール140を介在させて対向させている。その上で、ユニットセル100は、接着シール140を介在させて対向する凸部123tと外縁部138との間の外縁部の厚みHtを、セパレーター中央領域121、137においてMEGA110を挟持するアノード側セパレーター120からカソード側セパレーター130に掛けてのセル厚みHsより大きくしている。本実施形態のユニットセル100は、外縁部の厚みHtとセル厚みHsとの差分ΔHを0.1〜0.2mmとした。この差分ΔHは、ユニットセル締結に伴う接着シール140の圧縮代やユニットセル100のセル厚みHs等を考慮して定めればよく、上記した数値に限定されない。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the dimensional relationship of each component member in the unit cell alone, FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the manufacturing state of the
図5に示したユニットセル100を得るに当たっては、図6に示すように、アノード側セパレーター120において、その有する凸部123tの突出高Htaを、第1溝202の開口から底部壁202sまでの溝深さHsaより上記の差分ΔHだけ大きくする。そして、このアノード側セパレーター120を、MEGA110とガス流路部材150とを積層済みのカソード側セパレーター130に重ね合わせ、接着シール140の形成箇所にそのゴム素材140mを介在させる。次いで、アノード側セパレーター120における上記の差分ΔHを維持したまま、アノード側セパレーター120をカソード側セパレーター130の側に所定の圧力で押圧しつつ第2溝204の底部壁をMEGA110に接触させる。そして、この状態で、ゴム素材140mを加熱して熱溶融させ、このゴム素材140mにてMEGA110の外周縁を取り囲み、冷却養生に付す。これにより、アノード側セパレーター120の外縁部123とカソード側セパレーター130の外縁部138とは、接着シール140を介在させて対向し、接着シール140にて、MEGA110はその外周縁側においてシールされる。なお、接着シール140の形成後、アノード側セパレーター120からカソード側セパレーター130に掛けて給排孔を繋ぐべく、セパレーターのガス・冷却水の給排孔形成箇所において、打ち抜き工具等により、接着シール140が打ち抜きされ、酸化剤ガス排出孔124OTや酸化剤ガス供給孔124IN等が形成される。
In obtaining the
こうして図5に示すユニットセル100が得られると、図7に示すように、ユニットセル100を複数積層し、セル面の各所に締結荷重が掛かるように図1の締結ボルト20等にて締結する。この際、締結前にあっては、それぞれのユニットセル100では既述した差分ΔHが凸部123tと第1溝202との間に残っているが、ユニットセル100は、締結荷重を受けて、この差分ΔHがゼロとなるように凸部123tにおいて接着シール140を圧縮させた上で、第1溝202のそれぞれの底部壁202sが隣り合うユニットセル100のカソード側セパレーター130に接触させる。これにより、図4に示したスタック構造の燃料電池10が得られる。
When the
図8は図3に示したセパレーターコーナー部Dの様子を概略的に示す概略斜視図である。図示するように、本実施形態のユニットセル100は、MEGA110を接着シール140を介在させて挟持するアノード側セパレーター120の外縁部123(詳しくは、凸部123t)とカソード側セパレーター130の外縁部138に、コネクター装着部125とコネクター装着部135とを備え、この両装着部についても、接着シール140を介在させて対向させている。そして、所定個数のユニットセル100を単位として、セルモニターコネクターがコネクター装着部125とコネクター装着部135に装着され、この装着部により抜止された状態で、セルモニターコネクターは、電位計測部130Ctを測定端子にて挟持し、計測電位を出力する。
FIG. 8 is a schematic perspective view schematically showing the state of the separator corner portion D shown in FIG. As shown in the figure, the
本実施形態のユニットセル100は、図5に示すように、ゴム製の接着シール140を介在させて対向するアノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130のそれぞれの外縁部(以下、セパレーター外縁部と称する)の厚み、詳しくは、外縁部123における凸部123tと外縁部138との厚みHtを、セパレーター中央領域121およびセパレーター中央領域137においてMEGA110を挟持するアノード側セパレーター120からカソード側セパレーター130に掛けてのセル厚みHsより大きくしている。よって、締結ボルト20とその他の締結ボルトによるセル締結力に基づく荷重を、ゴム製の接着シール140を介在させたセパレーター外縁部において大きくする。この結果、本実施形態のユニットセル100によれば、仮に接着シール140にヘタリや体積収縮が起きたとしても、接着シール140を介在させたセパレーター外縁部に掛かる荷重が大きい故に、スタック構造の燃料電池10において隣り合うユニットセル100でのセパレーター外縁部におけるセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。また、本実施形態のユニットセル100では、セパレーター外縁部の厚みを大きくすればよく、セパレーターの形状調整、延いてはプレス型の形状調整等にて、このセパレーター外縁部の厚みHtを容易に大きくできる。よって、本実施形態のユニットセル100によれば、セル製造コスト、延いては燃料電池10としての製造コストを低減できるほか、セパレーターの形状調整、延いてはプレス型の形状調整という簡便な対処で、隣り合うユニットセル100の間のシール性能を確実に維持できる。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態のユニットセル100は、セル単独時でのセパレーター外縁部の厚みHtを、複数のユニットセル100を積層したスタック構造に含まれるユニットセル100でのセパレーター外縁部の厚みより大きくする。このため、スタック構造におけるセパレーター外縁部の厚みとの差分に相当する分だけ、セパレーター外縁部では締結力に基づく荷重が確実に大きくなるので、既述したようにセル間のシール性能を維持できる。
In the
本実施形態のユニットセル100は、アノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130の両セパレーターをステンレス、チタン等の金属鋼板から形成し、この両セパレーターが対向させているセパレーター外縁部、詳しくはアノード側セパレーター120の外縁部123に、セル外方に向けて突出した凸部123tを有し、セパレーター外縁部の厚みHtを凸部123tにて規定する。図9は接着シール140の圧縮に伴う凸部123tの様子を模式的に示す説明図である。図示するように、凸部123tは、上記の両セパレーターが金属鋼板のプレス成型を経て形成されてセル外方に向けて突出している故に、接着シール140が締結荷重により差分ΔHがゼロとなるよう圧縮される際、弾発力を蓄えたバネとしての機能を発揮する。よって、この本実施形態のユニットセル100によれば、凸部123tのバネ機能によっても接着シール140のヘタリや体積収縮に抗することができるので、セル間のシール性能を高い実効性で維持できる。
In the
本実施形態のユニットセル100は、図8に示すように、アノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130の両セパレーターの外縁部123、外縁部138に、セルモニターコネクターが装着されるコネクター装着部125、135を備え、この両コネクター装着部にあっても、接着シール140を介在させて対向させている。こうすれば、ゴム製の接着シール140を介在させたコネクター装着部125、135についても、その厚みを既述したセル厚みHs(図5参照)より大きくできるので、大きな荷重を掛けて、スタック構造の燃料電池10において隣り合うユニットセル100でのコネクター装着部間の隙間の拡大を抑制できる。よって、本実施形態のユニットセル100によれば、コネクター装着部125、135にセルモニターコネクターを支障なく装着できると共に、装着後のコネクターの脱落の他、コネクターの損傷や破壊を抑制できる。
As shown in FIG. 8, the
本実施形態の燃料電池10は、MEGA110をアノード側セパレーター120とカソード側セパレーター130とで挟持したユニットセル100を複数積層するに当たり、隣り合うユニットセル100の一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120に他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130が接触するよう押圧すると共に、ゴム製の弾性シール材140を介在させた両セパレーターの外縁部123、外縁部138に掛かる荷重が両セパレーターのセパレーター中央領域121、137に掛かる荷重より大きくなるように、締結する。よって、本実施形態の燃料電池10によれば、仮にゴム製の弾性シール材140にヘタリや体積収縮が起きたとしても、この弾性シール材140を介在させた外縁部123、外縁部138に掛かる荷重が大きい故に、隣り合うユニットセル100でのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。
In the
本実施形態の燃料電池10は、積層するそれぞれのユニットセル100自体を、ゴム製の接着シール140を介在させたセパレーター外縁部の厚みHtがセル厚みHsより大きくなっていて、セル締結力に基づく荷重が接着シール140を介在させたセパレーター外縁部においてセパレーター中央領域121、137より大きくなるようにしている。よって、本実施形態の燃料電池10によれば、既存のユニットセルを本実施形態のユニットセル100に置き換えればよいので、セル間のシール性能の維持に加え、燃料電池製造コストを低減できる。
In the
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
上記した実施形態のユニットセル100では、カソード側セパレーター130を平板状のセパレーターとしたが、隣り合うユニットセル100において、一方のユニットセル100のアノード側セパレーター120が他方のユニットセル100のカソード側セパレーター130に接触するよう押圧され、既述したように流路を形成するのであれば、カソード側セパレーター130の形状は平板状に限られない。図10は他の実施形態のユニットセル100Aのセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図、図11は図4相当に他の実施形態の燃料電池10Aをその要部で断面視して示す概略断面である。図10に示すように、このユニットセル100Aは、カソード側セパレーター130にあっても、アノード側セパレーター120と同様、そのセパレーター中央領域137に第1溝303と第2溝304とを交互に並べて備え、外縁部138には、凸部138tを備える。そして、ユニットセル100Aにあっても、セル単独の状態において、既述したようにアノード側セパレーター120の外縁部123とカソード側セパレーター130の外縁部138とを接着シール140を介在させて対向させている。その上で、ユニットセル100Aは、対向する凸部123tと凸部138tとの間の厚みHt(セパレーター外縁部の厚みHt)を、セパレーター中央領域121、137においてMEGA110を挟持するアノード側セパレーター120からカソード側セパレーター130に掛けてのセル厚みHsより大きくしている。この実施形態のユニットセル100Aは、セル両側においてセパレーター外縁の厚みHtが大きいことから、一方のセル面では、既述した差分ΔHの半分だけ、厚みに差がある。
In the
図10に示したユニットセル100Aを得るに当たっては、図6で説明した手順に倣って、接着シール140の形成箇所へのゴム素材140mの配設と、カソード側セパレーター130の側への所定の圧力でのアノード側セパレーター120の押圧とを行って、第2溝204と第2溝304の両底部壁をMEGA110に接触させる。そして、この状態で、ゴム素材140mを加熱して熱溶融させ、このゴム素材140mにてMEGA110の外周縁を取り囲み、冷却養生に付す。これにより、図10に示すユニットセル100Aが得られるので、得られたユニットセル100Aを複数積層し、セル面の各所に締結荷重が掛かるように図1の締結ボルト20等にて締結する。この際、それぞれのユニットセル100Aを、締結荷重を受けて、セル両側において上記の差分ΔH/2がゼロとなるように凸部123tと凸部138tとにおいて接着シール140を圧縮させた上で、第1溝202のそれぞれの底部壁202sが隣り合うユニットセル100Aのカソード側セパレーター130の第1溝303のそれぞれの底部壁303sに接触させる。これにより、図11に示したスタック構造の燃料電池10Aが得られる。
In obtaining the
上記した実施形態のユニットセル100Aと燃料電池10Aにあっても、シール性維持や図9で説明したバネ機能等の効果を奏することができる。
Even in the
また、上記した実施形態の凸部123tの頂上面に、薄葉状の金属シートを装着し、この金属シートを含む外縁部の厚みHtがセパレーター中央領域121におけるセパレーター間のセル厚みHsより大きくするようにしてもよい。
In addition, a thin-leaf metal sheet is mounted on the top surface of the
10、10A…燃料電池
20…締結ボルト
100、100A…ユニットセル
110…MEGA
110A…アノード側ガス拡散層
110C…カソード側ガス拡散層
110D…MEA
112…発電領域
120…アノード側セパレーター
120c…カッティング部
121…セパレーター中央領域
122IN…燃料ガス供給孔
122OT…燃料ガス排出孔
123…外縁部
123t…凸部
124IN…酸化剤ガス供給孔
124OT…酸化剤ガス排出孔
125…コネクター装着部
126IN…冷却水供給孔
126OT…冷却水排出孔
127…案内凸部
130…カソード側セパレーター
130Ct…電位計測部
131…脚
132IN…燃料ガス供給孔
132OT…燃料ガス排出孔
134IN…酸化剤ガス供給孔
134OT…酸化剤ガス排出孔
135…コネクター装着部
136IN…冷却水供給孔
136OT…冷却水排出孔
137…セパレーター中央領域
138…外縁部
138t…凸部
140…接着シール(弾性シール材)
140m…ゴム素材
141…発電領域窓
142IN…燃料ガス供給孔
142OT…燃料ガス排出孔
144IN…酸化剤ガス供給孔
144OT…酸化剤ガス排出孔
146IN…冷却水供給孔
146OT…冷却水排出孔
150…ガス流路部材
151…シーリングシート
160E…ターミナルプレート
160F…ターミナルプレート
165E…絶縁板
165F…絶縁板
170E…エンドプレート
170F…エンドプレート
172IN…燃料ガス供給孔
172OT…燃料ガス排出孔
174IN…酸化剤ガス供給孔
174OT…酸化剤ガス排出孔
176IN…冷却水供給孔
176OT…冷却水排出孔
200…燃料ガス流路
202…第1溝(燃料ガス流路溝)
202s…底部壁
202t…端部第1溝
204…第2溝(冷却水流路溝)
300…燃料ガス用シール材
301…酸化剤用シール材
302…冷却水用シール材
303…第1溝
303s…底部壁
304…第2溝
A…転換領域
D…セパレーターコーナー部
Hs…セル厚み
Ht…セパレーター外縁部の厚み
Hsa…溝深さ
Hta…突出高
DESCRIPTION OF
110A ... Anode-side
DESCRIPTION OF
140m ... rubber material 141 ... power generation region window 142IN ... fuel gas supply hole 142OT ... fuel gas discharge hole 144IN ... oxidant gas supply hole 144OT ... oxidant gas discharge hole 146IN ... cooling water supply hole 146OT ... cooling
202s ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記膜電極接合体の発電領域が露出するように前記膜電極接合体を取り囲んで前記膜電極接合体の外周縁側で前記膜電極接合体をシールするシート状の弾性シール材を備え、
前記第1と第2のセパレーターは、
前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部をそれぞれ備え、該外縁部の領域に亘って前記外縁部を前記弾性シール材を介在させて対向させ、
前記弾性シール材が介在して対向している前記外縁部における前記第1のセパレーターから前記第2のセパレーターに掛けての前記外縁部の厚みは、前記セパレーター中央領域において前記膜電極接合体を挟持する前記第1のセパレーターから前記第2のセパレーターに掛けての厚みより大きくされている
燃料電池セル。 A fuel battery cell in which a membrane electrode assembly is sandwiched between a first separator and a second separator,
A sheet-like elastic sealing material that surrounds the membrane electrode assembly so as to expose the power generation region of the membrane electrode assembly and seals the membrane electrode assembly on the outer peripheral side of the membrane electrode assembly;
The first and second separators are:
The film respectively provided from the power generation region facing the separator central region of the electrode assembly outer edge portion extending around the outer edge, the outer edge portion over the region of the outer edges are opposed by interposing the elastic-seal material,
The thickness of the outer edge portion of the over from the first separator in the outer edge portion in which the bullet seal member is opposed interposed the second separator, the membrane electrode assembly in the separator central region A thickness of the fuel cell that is larger than a thickness of the first separator sandwiched between the second separator and the second separator.
前記第1と第2のセパレーターが前記対向させている前記外縁部に、セル厚み方向におけるセル外方に向けて突出した凸部位を有し、該凸部位にて前記外縁部の厚みを規定する請求項1に記載の燃料電池セル。 The first and second separators are formed from a metal steel plate,
Wherein the first and the outer edge portion where the second separator is by the counter, it has a convex portion protruding toward the cell Le outward in the cell thickness direction, defining the thickness of the outer edge at the convex portion The fuel battery cell according to claim 1 .
前記燃料電池セルのそれぞれは、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池セルとされ、
隣り合う前記燃料電池セルの一方の燃料電池セルの前記第1のセパレーターに他方の燃料電池セルの前記第2のセパレーターが接触して押圧されると共に、前記外縁部に掛かる荷重が前記セパレーター中央領域に掛かる荷重より大きくなるように、締結されている
燃料電池。 A fuel cell in which a plurality of fuel cells each having a membrane electrode assembly sandwiched between a first separator and a second separator are stacked,
Each of the fuel cells is a fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The second separator of the other fuel battery cell comes into contact with and is pressed against the first separator of one fuel battery cell of the adjacent fuel battery cells, and the load applied to the outer edge portion is the central region of the separator A fuel cell that is fastened to be larger than the load applied to the fuel cell.
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