JP6337243B2 - 燃料電池のセパレータ - Google Patents
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Description
湾曲部の剛性は、その曲げ半径によっても異なる。具体的には、曲げ半径が小さいほど湾曲部の剛性は高くなり易い。上記セパレータによれば、全ての湾曲部の曲げ半径が同一になっているために、複数の湾曲部における剛性のばらつきを抑えることができ、凸部の各部に作用する面圧にばらつきが生じることを抑えることができる。
上記セパレータによれば、凸部の全ての部分を曲げ半径が同一の湾曲部によって構成することができる。そのため、凸部の各部における剛性のばらつきを、ひいては凸部の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができる。
図1に示す第1セパレータ20は、燃料電池スタックを構成する燃料電池セル10が備えるものである。第1セパレータ20は、金属製の薄板状部材にプレス加工により起伏が付与されたものである。この起伏は、凹部21および凸部22によって構成されている。凸部22には、燃料電池セル10の内部において反応ガス(具体的には、水素ガスや酸素ガス)の通路を区画したり、反応ガスや冷却水を流通させる流体流路を燃料電池スタックの外部から遮断するシール構造を構成したりする役割がある。
膜電極接合体40は、固体高分子膜である電解質膜41と、電解質膜41を挟む一対の電極42,43とを備えている。すなわち、本実施形態では、燃料電池セル10として、固体高分子形燃料電池を例示している。膜電極接合体40は、フレーム50に接続されている。詳しくは、電解質膜41の端部をフレーム50が挟み込むことで、電解質膜41がフレーム50に接続されている。これは、図3においては、燃料電池セル10の上記貫通孔25,35よりも内方側(同図の左側)では電解質膜41がフレーム50に挟まれる一方、貫通孔25,35よりも外方側(同図の右側)においては電解質膜41が存在しないことで示されている。なお、フレーム50にも、各貫通孔23〜28,33〜38に対応する位置にそれぞれ貫通孔51が形成されている。
第1セパレータ20および第2セパレータ30では、延設方向と直交する方向における凸部22,32の断面が略台形状である。そのため、凸部22,32の厚さ方向における剛性は、台形状の脚にあたる側壁62の傾斜が緩やかであるほど低くなる。上記各セパレータ20,30では、直線部60の上記側壁62の傾斜よりも湾曲部61の上記側壁62の傾斜が緩やかになっているため、湾曲部61の延設方向と直交する方向における断面形状が、直線部60の延設方向と直交する方向における断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状になる。
この点、第1セパレータ20および第2セパレータ30では、凸部22,32の延設方向と直交する方向における湾曲部61の断面形状が、延設方向と直交する方向における直線部60の断面形状と比較して、その厚さ方向における剛性の低い形状になっている。そのため、延設方向と直交する方向における断面形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部60については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い形状である湾曲部61については剛性が低くなる形状にすることができる。これにより、直線部60の剛性と湾曲部61の剛性との差を小さくすることが可能になる。本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、直線部60の剛性と湾曲部61の剛性とが略同一になるように、直線部60および湾曲部61の形状が設定されている。
(1)直線部60の延設方向と直交する方向における断面形状を、湾曲部61の延設方向と直交する方向における断面形状よりも、厚さ方向における剛性が低い形状にした。そのため、直線部60の剛性と湾曲部61の剛性との差を小さくすることが可能になる。そして、このようにして凸部22,32の各部の剛性のばらつきを小さくすることにより、燃料電池スタックを組み立てた際に凸部22,32の各部に作用する面圧のばらつきを抑えることができるため、同凸部22,32によるシール性能の低下を抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・各セパレータ20,30の凸部22,32の全ての湾曲部61の曲げ半径が同一なのであれば、直線部60の断面形状と湾曲部61の断面形状とを同一の形状にしてもよい。こうしたセパレータによっても、複数の湾曲部61における剛性のばらつきを抑えることはできる。
Claims (6)
- 燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は、直線状に延びる直線部と湾曲した形状で延びる湾曲部とを有し、直線部と湾曲部とは共に断面台形状で延びており、当該断面台形状を、延設形状が剛性の低い形状である直線部については剛性の高くなる形状にするとともに、延設形状が剛性の高い湾曲部については剛性が低くなる形状にして、直線部の剛性と湾曲部の剛性との差を小さくする
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 請求項1に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記湾曲部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜が前記直線部における前記断面台形状の脚にあたる側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 請求項1または2に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一である
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 燃料電池セルの膜電極接合体に設けられて、前記燃料電池セルに流体を供給する流体流路の周囲を囲う形状で延びて該流体流路の側壁の一部をなす凸部を有し、前記凸部と同凸部の先端に接触する接触部分との間が前記流体流路からの前記流体の漏れを抑えるためのシール部になる燃料電池のセパレータにおいて、
当該セパレータは薄板状の部材からなり、
前記凸部は、断面台形状で延びており、湾曲した形状で延びる湾曲部を複数有し、全ての前記湾曲部の曲げ半径が同一であり、
前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 請求項4に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
前記凸部は前記湾曲部のみによって構成される
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池のセパレータにおいて、
当該セパレータは薄板状の部材からなり、
前記凸部は、断面台形状で延びており、
前記湾曲部は、前記断面台形状の脚にあたる側壁のうちの湾曲形状の内側にあたる内側壁の傾斜が同湾曲形状の外側にあたる外側壁の傾斜よりも緩やかである
ことを特徴とする燃料電池のセパレータ。
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