JP6602152B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane and a metal separator are laminated.
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とを有している。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one surface of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. Yes. The anode electrode and the cathode electrode each have a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon).
電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、発電セル(単位燃料電池)を構成している。この発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell (unit fuel cell) by being sandwiched between separators (bipolar plates). The power generation cells are used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by being stacked in a predetermined number.
互いに隣接する発電セル間には、冷却媒体をセパレータ面内に流通させる冷却媒体流路が形成されるとともに、セパレータには、前記セパレータの積層方向に貫通して冷却媒体連通孔が形成されている。 Between the power generation cells adjacent to each other, a cooling medium flow path for circulating the cooling medium in the separator surface is formed, and a cooling medium communication hole is formed in the separator so as to penetrate in the stacking direction of the separator. .
発電セルでは、セパレータとして、カーボンセパレータの他に金属セパレータが使用されている。金属セパレータは、一般的に、薄板金属プレートに弾性シール部材(ゴムシール部材)が一体化されたシール一体型金属セパレータが用いられている。その際、シール部材には、冷却媒体連通孔と冷却媒体流路とを連通するための連結流路、所謂、ゴムブリッジ部が一体成形される場合がある。 In the power generation cell, a metal separator is used as a separator in addition to a carbon separator. As the metal separator, a seal-integrated metal separator in which an elastic seal member (rubber seal member) is integrated with a thin metal plate is generally used. In that case, the sealing member may be integrally formed with a connecting channel for communicating the cooling medium communication hole and the cooling medium channel, a so-called rubber bridge portion.
ところで、発電セルの冷却媒体に含まれる水が、金属セパレータの金属表面とシール部材との間に進入し、ブリスター(水ぶくれ)が形成されることがある。特に流路幅が狭小なゴムブリッジ部では、ブリスターの発生により流路が閉塞されてしまい、冷却媒体の流量が減少して冷却性能が低下するという問題がある。
By the way, water contained in the cooling medium of the power generation cell may enter between the metal surface of the metal separator and the sealing member, and blisters (blisters) may be formed. In particular, in the rubber bridge portion having a narrow channel width, there is a problem that the channel is blocked by the generation of blisters, the flow rate of the cooling medium is reduced, and the cooling performance is deteriorated.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池セパレータが知られている。この燃料電池セパレータは、冷媒流通用の隙間に面したアノード側金属セパレータの表面に、プライマー層を介して絶縁被覆を形成した構造に関するものである。そして、基材とプライマー層との界面における気化した冷媒が液化することによって生じるブリスターの発生を防止するために、冷媒排出溝が形成されている。
Thus, for example, a fuel cell separator disclosed in
このため、部分的にプライマー層と接する部分のアノード側金属セパレータの温度が低下し、その界面部分で気化した冷媒成分が液化しても、この液化成分は冷媒排出溝から外部に排出される。従って、ブリスターの発生を防止することができる、としている。 For this reason, even if the temperature of the anode-side metal separator at the part that is in contact with the primer layer is lowered and the refrigerant component vaporized at the interface part is liquefied, the liquefied component is discharged to the outside from the refrigerant discharge groove. Therefore, the blister can be prevented from being generated.
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、ブリスターの発生を可及的に抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with this type of technology, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of suppressing the generation of blisters as much as possible with a simple and economical configuration. .
本発明に係る燃料電池では、電解質膜の両面に電極が設けられる電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層されている。互いに隣接する金属セパレータ間には、セパレータ面に沿って水を含む冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されている。金属セパレータには、冷却媒体を該金属セパレータの積層方向に流通させる冷却媒体連通孔と、前記冷却媒体連通孔を冷却媒体流路に繋げる連結流路とが形成されている。
In the fuel cell according to the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both surfaces of the electrolyte membrane and a metal separator are laminated. Between the metal separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for circulating a cooling medium containing water is formed along the separator surface. The metal separator is formed with a cooling medium communication hole that allows the cooling medium to flow in the stacking direction of the metal separator, and a connection flow path that connects the cooling medium communication hole to the cooling medium flow path.
金属セパレータには、ゴムシール部材が一体成形されている。ゴムシール部材は、冷却媒体連通孔の周囲を連続して周回する外周シール部と、前記外周シール部から冷却媒体流路に向かって延在し、連結流路を構成する複数本の凸状シール部と、を有している。そして、互いに隣接する凸状シール部間には、前記ゴムシール部材が存在しないことで金属セパレータの金属面が露呈している。さらに、前記凸状シール部の幅は、当該凸状シール部と前記金属セパレータの間において結露した結露水を、露呈した前記金属面に排出可能な寸法に設定されている。
A rubber seal member is integrally formed on the metal separator. Rubber seal member includes a seal portion formed around the periphery of coolant opening in succession, said extending from the seal portion toward the coolant flow, the convex seal portion of the plurality of constituting a connection channel And have. And between the convex seal parts which adjoin each other, the metal surface of a metal separator is exposed because the said rubber seal member does not exist. Further, the width of the convex seal portion is set to a dimension that allows the condensed water condensed between the convex seal portion and the metal separator to be discharged to the exposed metal surface.
また、この燃料電池では、第1金属セパレータと第2金属セパレータとの間に冷却媒体流路が形成されることが好ましい。その際、第1金属セパレータに設けられる凸状シール部同士の間隔と、第2金属セパレータに設けられる凸状シール部同士の間隔とは、異なる寸法に設定されていることが好ましい。 In this fuel cell, it is preferable that a cooling medium flow path is formed between the first metal separator and the second metal separator. In that case, it is preferable that the space | interval of the convex seal parts provided in a 1st metal separator and the space | interval of the convex seal parts provided in a 2nd metal separator are set to a different dimension.
本発明によれば、燃料電池の冷却媒体に含まれる水が、ゴムシール部材と金属セパレータの金属面との間に水蒸気として進入し、結露しても、結露水は、前記金属面が露呈する凸状シール部間から前記金属セパレータの外部に排出されている。このため、簡単且つ経済的な構成で、ブリスターの発生を可及的に抑制することが可能になる。従って、特に流路幅が狭小な連結流路では、ブリスターの発生が抑制されるため、冷却媒体の流量が減少することがなく、所望の冷却性能を確実に維持することができる。
According to the present invention, even if water contained in the cooling medium of the fuel cell enters as water vapor between the rubber seal member and the metal surface of the metal separator and is dewed, the dew condensation water is not projected on the metal surface. It is discharged to the outside of the metal separator from between the seal portions. For this reason, it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of a blister as much as possible with a simple and economical structure. Therefore, particularly in a connection flow path with a narrow flow path width, the generation of blisters is suppressed, so that the flow rate of the cooling medium does not decrease and the desired cooling performance can be reliably maintained.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池10は、複数の発電セル12が水平方向(矢印A方向)、又は垂直方向(矢印C方向)に積層される。燃料電池10は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。
As shown in FIG. 1, in the
図1〜図3に示すように、発電セル12は、枠付き電解質膜・電極構造体(枠付きMEA)14をカソードセパレータ16及びアノードセパレータ18で挟持する。カソードセパレータ16及びアノードセパレータ18は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の縦長形状の薄板状金属プレート16m及び18mにより構成される。金属プレート16m、18mは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
なお、発電セル12は、第1セパレータ、第1の枠付きMEA、第2セパレータ、第2の枠付きMEA及び第3セパレータを積層して構成してもよい。さらに、発電セル12は、3枚以上の枠付きMEAと4枚以上のセパレータとを有してもよい。また、枠付きMEAに代えて、樹脂枠部材を設けない電解質膜・電極構造体(MEA)を用いてもよい。
The
図1に示すように、発電セル12の長辺方向(矢印B方向)(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、酸化剤ガス入口連通孔22a及び燃料ガス出口連通孔24bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔22aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔24bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
As shown in FIG. 1, one end edge of the
発電セル12の長辺方向(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燃料ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔22bが設けられる。酸化剤ガスと燃料ガスとは、対向流となる。なお、酸化剤ガス入口連通孔22a及び酸化剤ガス出口連通孔22b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、酸化剤ガスと燃料ガスとが並行流になるように配置してもよい。
The other end edge of the
発電セル12の短辺方向(矢印C方向)(鉛直方向)の両端縁部一方(酸化剤ガス入口連通孔22a側)には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するそれぞれ一対の冷却媒体入口連通孔26a1、26a2が設けられる。冷却媒体入口連通孔26a1、26a2は、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部27aを設けることにより、互いに独立して分割形成される。
A pair of both ends in the short side direction (arrow C direction) (vertical direction) of the power generation cell 12 (on the oxidant gas
発電セル12の短辺方向の他方(燃料ガス入口連通孔24a側)には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するそれぞれ一対の冷却媒体出口連通孔26b1、26b2が設けられる。冷却媒体出口連通孔26b1、26b2は、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部27bを設けることにより、互いに独立して分割形成される。
On the other side (fuel gas
なお、リブ部27aを除去して冷却媒体入口連通孔26a1、26a2を単一の冷却媒体入口連通孔とする一方、リブ部27bを除去して冷却媒体出口連通孔26b1、26b2を単一の冷却媒体出口連通孔としてもよい。
The
カソードセパレータ16の枠付き電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔22aと酸化剤ガス出口連通孔22bとを連通する酸化剤ガス流路28が形成される。酸化剤ガス流路28は、複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)を有する。カソードセパレータ16の面16bには、酸化剤ガス流路28の裏面形状である冷却媒体流路30の一部が形成される。冷却媒体流路30は、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔26a1、26a2と一対の冷却媒体出口連通孔26b1、26b2とを連通する。
An oxidant
アノードセパレータ18の枠付き電解質膜・電極構造体14に向かう面18aには、燃料ガス入口連通孔24aと燃料ガス出口連通孔24bとを連通する燃料ガス流路32が形成される。燃料ガス流路32は、複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)を有する。
A fuel
燃料ガス入口連通孔24aと燃料ガス流路32とは、複数の入口連結流路34aを介して連通する一方、燃料ガス出口連通孔24bと前記燃料ガス流路32とは、複数の出口連結流路34bを介して連通する。入口連結流路34a及び出口連結流路34bは、蓋体36a及び蓋体36bにより覆われる。アノードセパレータ18の面18bには、燃料ガス流路32の裏面形状である冷却媒体流路30の一部が形成される。
The fuel gas
図1〜図3に示すように、カソードセパレータ16の面16a、16bには、このカソードセパレータ16を構成する金属プレート16mの外周端縁部を周回して第1シール部材38が一体成形される。アノードセパレータ18の面18a、18bには、このアノードセパレータ18を構成する金属プレート18mの外周端縁部を周回して第2シール部材40が一体成形される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
第1シール部材38及び第2シール部材40には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するゴムシール部材が用いられる。
For the
第1シール部材38は、カソードセパレータ16の面16aに面方向に沿って均一な厚さの平坦状に設けられ、酸化剤ガス流路28を周回する平面シール部38faを有する。図1に示すように、第1シール部材38は、面16bに面方向に沿って均一な厚さの平坦状に設けられ、冷却媒体流路30を周回する平面シール部38fbを有する。平面シール部38fbには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするシール部38sが一体に膨出形成される。
The
図5に示すように、面16bには、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2と冷却媒体流路30とを繋げる入口連結流路42aが、前記冷却媒体流路30を挟んで上下に形成される。面16bには、冷却媒体出口連通孔26b1、26b2と冷却媒体流路30とを繋げる出口連結流路42bが、前記冷却媒体流路30を挟んで上下に形成される。
As shown in FIG. 5, on the
平面シール部38fbは、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2の周囲及び内周端面を連続して周回する外周シール部38raを有する。外周シール部38raには、前記外周シール部38raから冷却媒体流路30に向かって延在し、入口連結流路42aを構成する複数本の凸状シール部38taが設けられる。図2及び図5に示すように、各凸状シール部38taの表面には、1以上、例えば、2個の切り欠き部44aが形成される。リブ部27aに設けられたシール部分にも、例えば、2個の切り欠き部44aが形成される。
The planar seal portion 38fb has an outer peripheral seal portion 38ra that continuously circulates around the cooling medium inlet communication holes 26a1 and 26a2 and the inner peripheral end surface. The outer peripheral seal portion 38ra is provided with a plurality of convex seal portions 38ta extending from the outer peripheral seal portion 38ra toward the cooling
互いに隣接する凸状シール部38ta間には、金属プレート16mの金属面16msが露呈する。凸状シール部38ta同士は、間隔L1ずつ離間する(図4及び図5参照)。
The metal surface 16ms of the
平面シール部38fbは、冷却媒体出口連通孔26b1、26b2の周囲及び内周端面を連続して周回する外周シール部38rbを有する。外周シール部38rbには、前記外周シール部38rbから冷却媒体流路30に向かって延在し、出口連結流路42bを構成する複数本の凸状シール部38tbが設けられる。図5に示すように、各凸状シール部38tbの表面には、1以上、例えば、2個の切り欠き部44bが形成される。リブ部27bに設けられたシール部分にも、例えば、2個の切り欠き部44bが形成される。
The flat seal portion 38fb has an outer peripheral seal portion 38rb that continuously circulates around the cooling medium outlet communication holes 26b1 and 26b2 and the inner peripheral end face. The outer peripheral seal portion 38rb is provided with a plurality of convex seal portions 38tb extending from the outer peripheral seal portion 38rb toward the cooling
互いに隣接する凸状シール部38tb間には、金属プレート16mの金属面16msが露呈する。凸状シール部38tb同士は、間隔L1ずつ離間する(図5参照)。なお、凸状シール部38ta同士の間隔L1と凸状シール部38tb同士の間隔L1とは、異なる寸法であってもよい。
The metal surface 16ms of the
図1に示すように、第2シール部材40は、アノードセパレータ18の面18aに面方向に沿って均一な厚さの平坦状に設けられ、燃料ガス流路32を周回する平面シール部40faを有する。平面シール部40faには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするシール部40sが一体に膨出形成される。
As shown in FIG. 1, the
図6に示すように、第2シール部材40は、面18bに面方向に沿って均一な厚さの平坦状に設けられ、冷却媒体流路30を周回する平面シール部40fbを有する。面18bには、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2と冷却媒体流路30とを繋げる入口連結流路46aが、前記冷却媒体流路30を挟んで上下に形成される。面18bには、冷却媒体出口連通孔26b1、26b2と冷却媒体流路30とを繋げる出口連結流路46bが、前記冷却媒体流路30を挟んで上下に形成される。
As shown in FIG. 6, the
平面シール部40fbは、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2の周囲及び内周端面を連続して周回する外周シール部40raを有する。外周シール部40raには、前記外周シール部40raから冷却媒体流路30に向かって延在し、入口連結流路46aを構成する複数本の凸状シール部40taが設けられる。すなわち、隣接する凸状シール部40ta間に入口連結流路46aが形成される。外周シール部40ra及び凸状シール部40taは、平面シール部40fbと同一平面上(同一厚さ)に設けられる。
The flat seal portion 40fb includes an outer peripheral seal portion 40ra that continuously circulates around the cooling medium inlet communication holes 26a1 and 26a2 and the inner peripheral end surface. The outer peripheral seal portion 40ra is provided with a plurality of convex seal portions 40ta extending from the outer peripheral seal portion 40ra toward the cooling
互いに隣接する凸状シール部40ta間には、金属プレート18mの金属面18msが露呈する。凸状シール部40ta同士は、間隔L2ずつ離間する(図4及び図6参照)。図4に示すように、凸状シール部38ta同士の間隔L1と凸状シール部40ta同士の間隔L2とは、異なる寸法に設定され、本実施形態では、間隔L1は、間隔L2よりも大きな寸法に設定される(L1>L2)。換言すれば、凸状シール部38taの幅寸法は、凸状シール部40taの幅寸法よりも小さな寸法に設定され、互いに当接する。このため、セパレータ長手方向に組み付け位置がずれても、入口連結流路42a、46aの圧損が増加することがない。
The metal surface 18ms of the
図6に示すように、平面シール部40fbは、冷却媒体出口連通孔26b1、26b2の周囲及び内周端面を連続して周回する外周シール部40rbを有する。外周シール部40rbには、前記外周シール部40rbから冷却媒体流路30に向かって延在し、出口連結流路46bを構成する複数本の凸状シール部40tbが設けられる。すなわち、隣接する凸状シール部40tb間に出口連結流路46bが形成される。外周シール部40rb及び凸状シール部40tbは、平面シール部40fbと同一平面上(同一厚さ)に設けられる。
As shown in FIG. 6, the flat seal portion 40fb includes an outer peripheral seal portion 40rb that continuously circulates around the cooling medium outlet communication holes 26b1 and 26b2 and the inner peripheral end surface. The outer peripheral seal portion 40rb is provided with a plurality of convex seal portions 40tb extending from the outer peripheral seal portion 40rb toward the cooling
互いに隣接する凸状シール部40tb間には、金属プレート18mの金属面18msが露呈する。凸状シール部40tb同士は、間隔L2ずつ離間する。凸状シール部38tb同士の間隔L1と凸状シール部40tb同士の間隔L2とは、異なる寸法に設定され、本実施形態では、間隔L1は、間隔L2よりも大きな寸法に設定される(L1>L2)。換言すれば、凸状シール部38tbの幅寸法は、凸状シール部40tbの幅寸法よりも小さな寸法に設定され、互いに当接する。このため、セパレータ長手方向に組み付け位置がずれても、出口連結流路42b、46bの圧損が増加することがない。
The metal surface 18ms of the
図1〜図3に示すように、枠付き電解質膜・電極構造体14は、電解質膜・電極構造体(MEA)48と、前記電解質膜・電極構造体48の外周を周回して設けられる樹脂枠部材50とを備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the framed electrolyte membrane /
図2及び図3に示すように、電解質膜・電極構造体48は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)52を備える。固体高分子電解質膜52は、カソード電極54及びアノード電極56により挟持される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the electrolyte membrane /
カソード電極54は、アノード電極56及び固体高分子電解質膜52の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差型MEAを構成している。なお、カソード電極54、アノード電極56及び固体高分子電解質膜52は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極56は、カソード電極54及び固体高分子電解質膜52の平面寸法よりも小さな平面寸法を有してもよい。
The
カソード電極54及びアノード電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)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て形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。
The
電解質膜・電極構造体48は、カソード電極54の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜52の外周縁部に樹脂枠部材50が一体化される。樹脂枠部材50を構成する樹脂材としては、例えば、電気的絶縁性を有する汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。樹脂枠部材50は、例えば、フィルム等により構成してもよい。樹脂枠部材50の外形形状は、酸化剤ガス入口連通孔22aを含む各連通孔の内側に配置される寸法に設定される。
The electrolyte membrane /
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔22aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔24aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔26a1、26a2には、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。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔22aからカソードセパレータ16の酸化剤ガス流路28に導入される。酸化剤ガスは、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体48のカソード電極54に供給される。
The oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔24aからアノードセパレータ18の燃料ガス流路32に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路32に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体48のアノード電極56に供給される。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel
従って、電解質膜・電極構造体48では、カソード電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード電極56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て発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体48のカソード電極54に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔22bに沿って矢印A方向に排出される。電解質膜・電極構造体48のアノード電極56に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔24bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied and consumed to the
一方、各冷却媒体入口連通孔26a1、26a2に供給された冷却媒体は、互いに隣接するアノードセパレータ18とカソードセパレータ16との間の冷却媒体流路30に導入される。冷却媒体は、互いに近接するように、矢印C方向に流通する。冷却媒体は、矢印B方向(セパレータ長辺方向)に流通して電解質膜・電極構造体48を冷却する。次いで、冷却媒体は、互いに離間するように、矢印C方向に流通して各冷却媒体出口連通孔26b1、26b2から排出される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication holes 26a1 and 26a2 is introduced into the cooling
この場合、本実施形態では、図5に示すように、カソードセパレータ16の面16bには、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2と冷却媒体流路30とを繋げる入口連結流路42aが、前記冷却媒体流路30を挟んで上下に形成されている。冷却媒体入口連通孔26a1、26a2は、第1シール部材38の外周シール部38raに連続して周回されるとともに、入口連結流路42aは、複数本の凸状シール部38taにより構成されている。そして、互いに隣接する凸状シール部38ta間には、金属プレート16mの金属面16msが露呈している(図4及び図5参照)。
In this case, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the inlet
このため、燃料電池10の冷却媒体に含まれる水が、第1シール部材38と金属プレート16mの金属面16msとの間に水蒸気として進入し、結露しても、結露水は、前記金属面16msが露呈する凸状シール部38ta間からカソードセパレータ16の外部に排出されている。また、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2は、外周シール部38raに連続して周回されており、液絡(冷却媒体による短絡)を良好に抑制することができる。
For this reason, even if the water contained in the cooling medium of the
従って、簡単且つ経済的な構成で、ブリスターの発生を可及的に抑制することが可能になる。これにより、特に流路幅が狭小な入口連結流路42aでは、ブリスターの発生が抑制されるため、冷却媒体の流量が減少することがなく、所望の冷却性能を確実に維持することができるという効果が得られる。しかも、互いに隣接する凸状シール部38ta同士は、外周シール部38raにより連結されている。このため、凸状シール部38taをカソードセパレータ16に強固に保持することができる。
Therefore, it is possible to suppress the generation of blisters as much as possible with a simple and economical configuration. Thereby, especially in the inlet
さらに、本実施形態では、図6に示すように、アノードセパレータ18の面18bには、冷却媒体入口連通孔26a1、26a2と冷却媒体流路30とを繋げる入口連結流路46aが上下に形成されている。冷却媒体入口連通孔26a1、26a2は、第2シール部材40の外周シール部40raに連続して周回されるとともに、入口連結流路46aは、複数本の凸状シール部40taにより構成されている。そして、互いに隣接する凸状シール部40ta間には、金属プレート18mの金属面18msが露呈している。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the inlet
このため、燃料電池10の発電により発生した生成水が、第2シール部材40と金属プレート18mの金属面18msとの間に水蒸気として進入し、結露しても、結露水は、前記金属面18msが露呈する凸状シール部40ta間からアノードセパレータ18の外部に排出されている。従って、入口連結流路46aでは、上記の入口連結流路42aと同様の効果が得られる。
For this reason, even if the generated water generated by the power generation of the
しかも、図4に示すように、凸状シール部38ta同士の間隔L1は、凸状シール部40ta同士の間隔L2よりも大きな寸法に設定されている(L1>L2)。換言すれば、凸状シール部38taの幅寸法は、凸状シール部40taの幅寸法よりも小さな寸法に設定され、互いに当接している。これにより、凸状シール部38taと凸状シール部40taとは、僅かな寸法誤差が発生していても、確実に当接することができる。 Moreover, as shown in FIG. 4, the interval L1 between the convex seal portions 38ta is set to a dimension larger than the interval L2 between the convex seal portions 40ta (L1> L2). In other words, the width dimension of the convex seal portion 38ta is set to be smaller than the width dimension of the convex seal portion 40ta, and is in contact with each other. Thereby, even if the slight dimensional error has generate | occur | produced, the convex seal part 38ta and the convex seal part 40ta can contact | abut reliably.
その際、各凸状シール部38taの表面には、例えば、2個の切り欠き部44aが形成されている。このため、凸状シール部38taが撓み易くなり、該凸状シール部38taと凸状シール部40taとを確実に当接させることが可能になる。
At that time, for example, two
なお、カソードセパレータ16の出口連結流路42bは、上記の入口連結流路42aと同様の効果が得られる一方、アノードセパレータ18の出口連結流路46bは、上記の入口連結流路46aと同様の効果が得られる。
The
10…燃料電池 12…発電セル
14…枠付き電解質膜・電極構造体 16…カソードセパレータ
16m、18m…金属プレート 16ms、18ms…金属面
18…アノードセパレータ 22a…酸化剤ガス入口連通孔
22b…酸化剤ガス出口連通孔 24a…燃料ガス入口連通孔
24b…燃料ガス出口連通孔
26a1、26a2…冷却媒体入口連通孔
26b1、26b2…冷却媒体出口連通孔
28…酸化剤ガス流路 30…冷却媒体流路
32…燃料ガス流路 38、40…シール部材
38fa、38fb、40fa、40fb…平面シール部
38ra、38rb、40ra、40rb…外周シール部
38ta、38tb、40ta、40tb…凸状シール部
42a、46a…入口連結流路 42b、46b…出口連結流路
48…電解質膜・電極構造体 50…樹脂枠部材
52…固体高分子電解質膜 54…カソード電極
56…アノード電極
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記金属セパレータには、ゴムシール部材が一体成形されているとともに、
前記ゴムシール部材は、前記冷却媒体連通孔の周囲を連続して周回する外周シール部と、
前記外周シール部から前記冷却媒体流路に向かって延在し、前記連結流路を構成する複数本の凸状シール部と、
を有し、互いに隣接する前記凸状シール部間には、前記ゴムシール部材が存在しないことで前記金属セパレータの金属面が露呈し、
前記凸状シール部の幅は、当該凸状シール部と前記金属セパレータの間において結露した結露水を、露呈した前記金属面に排出可能な寸法に設定されていることを特徴とする燃料電池。 A cooling medium in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte membrane and a metal separator are laminated, and a cooling medium containing water is circulated between the adjacent metal separators along the separator surface A flow path is formed, and the metal separator is formed with a cooling medium communication hole that allows the cooling medium to flow in the stacking direction of the metal separator, and a connection flow path that connects the cooling medium communication hole to the cooling medium flow path. A fuel cell,
The metal separator is integrally molded with a rubber seal member,
The rubber seal member includes an outer peripheral seal portion that continuously circulates around the cooling medium communication hole;
A plurality of convex seal portions extending from the outer peripheral seal portion toward the cooling medium flow path and constituting the connection flow path;
Between the convex seal parts adjacent to each other, the metal surface of the metal separator is exposed by the absence of the rubber seal member ,
The width of the convex seal portion is set to a dimension that allows condensation water condensed between the convex seal portion and the metal separator to be discharged to the exposed metal surface .
前記第1金属セパレータに設けられる前記凸状シール部同士の間隔と、前記第2金属セパレータに設けられる前記凸状シール部同士の間隔とは、異なる寸法に設定されていることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the cooling medium flow path is formed between the first metal separator and the second metal separator,
The distance between the convex seal portions provided in the first metal separator and the interval between the convex seal portions provided in the second metal separator are set to different dimensions. battery.
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