JP7506023B2 - Fuel cell separator and method for manufacturing the separator - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池のセパレータ及びセパレータの製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing the separator.
特許文献１に示される燃料電池のセパレータは、燃料電池のセルスタックに適用される。こうしたセルスタックは、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas-diffusion Assembly）を有する燃料電池セルを、厚さ方向に重ねることによって形成されている。セパレータは、セルスタックにおける隣合う膜電極ガス拡散層接合体の間に配置される。 The fuel cell separator shown in Patent Document 1 is applied to a fuel cell cell stack. Such a cell stack is formed by stacking fuel cell cells having a membrane electrode gas-diffusion assembly (MEGA) in the thickness direction. The separator is disposed between adjacent membrane electrode gas-diffusion assemblies in the cell stack.
セパレータは板状の本体を備えている。本体には孔及び溝が形成されている。本体の孔は、セルスタックに対し給排される流体、例えば燃料ガス、酸化ガス、冷媒といった流体を流すためのものであって、本体の厚さ方向に貫通するように形成されている。本体の溝は、上記流体を流す流路を形成するためのものであって、本体に沿って延びるように形成されている。セパレータは、本体に取り付けられる別ピースを備えている。別ピースは、本体に取り付けられることにより、上記孔と上記流路とを繋ぐ接続通路を形成するものとされている。 The separator has a plate-shaped main body. Holes and grooves are formed in the main body. The holes in the main body are for the flow of fluids supplied to and discharged from the cell stack, such as fuel gas, oxidizing gas, and refrigerant, and are formed to penetrate the main body in the thickness direction. The grooves in the main body are for forming flow paths for the above-mentioned fluids, and are formed to extend along the main body. The separator has a separate piece that is attached to the main body. When the separate piece is attached to the main body, it forms a connecting passage that connects the above-mentioned holes and the above-mentioned flow paths.
上記セパレータでは、本体に対し別ピースが取り付けられる分、セパレータの厚みを増すことができる。そして、セパレータの厚みが増した場所に上記接続通路が形成されるため、その接続通路に必要とされる流体の流通断面積を確保しやすくなる。 The thickness of the separator can be increased by the amount of the separate piece attached to the main body. And because the connecting passage is formed in the area where the separator is thicker, it becomes easier to ensure the cross-sectional area of the fluid flow required for the connecting passage.
しかし、上記セパレータでは、製造時に本体に対し別ピースを取り付けなければならない分、製造に手間がかかる。 However, the separator requires a separate piece to be attached to the main body during manufacturing, which makes manufacturing time-consuming.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料電池のセパレータは、膜電極ガス拡散層接合体を有する複数の燃料電池セルを厚さ方向に重ねることによって形成されたセルスタックに適用される。上記セパレータは、セルスタックにおける隣合う膜電極ガス拡散層接合体の間に配置することが可能な板状の本体と、その本体に取り付けられる別ピースと、を備えている。本体には、セルスタックに対し給排される流体を流すための孔が本体の厚さ方向に貫通するように形成され、且つ、流体を流す流路を形成するための溝が本体に沿って延びるように形成されている。別ピースは、本体に取り付けられることにより、孔と流路とを繋ぐ接続通路を形成するものとされている。別ピースは、孔に挿入することが可能な爪部を備えている。爪部は、孔に挿入された状態で別ピースを孔の中心線回りに取付位置まで回転させることによって孔から抜けないように本体に掛け留めされる。
The means for solving the above problems and their effects will be described below.
A fuel cell separator that solves the above problem is applied to a cell stack formed by stacking a plurality of fuel cells each having a membrane electrode gas diffusion layer assembly in the thickness direction. The separator includes a plate-shaped main body that can be arranged between adjacent membrane electrode gas diffusion layer assemblies in the cell stack, and a separate piece that is attached to the main body. The main body is formed with a hole for passing a fluid supplied to and discharged from the cell stack, the hole penetrating the main body in the thickness direction, and a groove for forming a flow path for the fluid is formed to extend along the main body. The separate piece is attached to the main body to form a connecting passage connecting the hole and the flow path. The separate piece includes a claw portion that can be inserted into the hole. The claw portion is hooked to the main body so as not to come out of the hole by rotating the separate piece around the center line of the hole to an attachment position while inserted in the hole.
上記構成によれば、本体の孔に別ピースの爪部を挿入し、その後に別ピースを孔の中心線回りに取付位置まで回転させることにより、爪部が孔から抜けないように本体に掛け留めされ、それに伴って別ピースが本体に取り付けられる。このように本体に対する別ピースの取り付けを簡単に行うことができるため、セパレータの製造に手間がかかることを抑制できる。 According to the above configuration, the claw portion of the separate piece is inserted into the hole of the main body, and then the separate piece is rotated around the center line of the hole to the attachment position, so that the claw portion is hooked onto the main body so that it does not slip out of the hole, and the separate piece is attached to the main body. In this way, the separate piece can be easily attached to the main body, which reduces the effort required to manufacture the separator.
上記課題を解決するセパレータの製造方法は、燃料電池のセルスタックに対し給排される流体を流すための孔、及び、上記流体を流す流路を形成するための溝を有するセパレータの本体に対し、別ピースを取り付けることにより、孔と流路とを繋ぐ接続通路を形成する通路形成工程を有する。通路形成工程では、別ピースの爪部を孔に挿入し、その後に孔の中心線回りに別ピースを取付位置まで回転させて爪部を孔から抜けないように本体に掛け留めすることにより、本体に対し別ピースを取り付ける。 A method for manufacturing a separator that solves the above problem includes a passage forming step of attaching a separate piece to a separator body having holes for flowing fluids supplied to and discharged from a cell stack of a fuel cell, and grooves for forming flow paths for the fluids, thereby forming a connecting passage connecting the holes and the flow paths. In the passage forming step, the claw portion of the separate piece is inserted into the hole, and then the separate piece is rotated around the center line of the hole to the attachment position, and the claw portion is hooked onto the body so that it does not come out of the hole, thereby attaching the separate piece to the body.
この方法によれば、本体の孔に別ピースの爪部を挿入し、その後に別ピースを孔の中心線回りに取付位置まで回転させることにより、別ピースが本体に取り付けられる。このため、本体に対する別ピースの取り付けを簡単に行うことができる。これにより、セパレータの製造に手間がかかることを抑制できる。 According to this method, the claws of the separate piece are inserted into the holes in the main body, and then the separate piece is rotated around the center line of the hole to the mounting position, thereby attaching the separate piece to the main body. This makes it easy to attach the separate piece to the main body, which reduces the amount of work required to manufacture the separator.
以下、燃料電池のセパレータ及びセパレータの製造方法の一実施形態について、図１～図６を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池のセルスタックは、複数の燃料電池セル１をその厚さ方向に重ねることによって形成されている。燃料電池セル１は、膜電極ガス拡散層接合体２とセパレータ４，５とを備えている。膜電極ガス拡散層接合体２は、シート状に形成されている。セパレータ４，５は、膜電極ガス拡散層接合体２をその厚さ方向の両側から挟んでいる。
Hereinafter, one embodiment of a fuel cell separator and a method for manufacturing the separator will be described with reference to FIGS.
As shown in Fig. 1, a fuel cell stack is formed by stacking a plurality of fuel cell units 1 in the thickness direction. The fuel cell unit 1 includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly 2 and separators 4 and 5. The membrane electrode gas diffusion layer assembly 2 is formed in a sheet shape. The separators 4 and 5 sandwich the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2 from both sides in the thickness direction.
セパレータ４，５の本体４ａ，５ａは、セルスタックにおける隣合う膜電極ガス拡散層接合体２の間に配置されている。本体４ａと本体５ａとは、隣合う燃料電池セル１同士の間で隣接している。本体４ａ，５ａは、チタン、ステンレス、及びアルミニウムといった金属によって形成されていてもよいし、カーボン等の金属以外の材料によって形成されていてもよい。 The bodies 4a, 5a of the separators 4, 5 are disposed between adjacent membrane electrode gas diffusion layer assemblies 2 in the cell stack. The bodies 4a and 5a are adjacent to each other between adjacent fuel cell cells 1. The bodies 4a, 5a may be made of metals such as titanium, stainless steel, and aluminum, or may be made of materials other than metals such as carbon.
セパレータ４の本体４ａには複数の溝４ｂ，４ｃが形成されている。複数の溝４ｂは、互いに平行となっており、且つ本体４ａに沿って延びている。溝４ｂは、酸化ガス（空気等）を流す流路１３を、本体４ａと膜電極ガス拡散層接合体２との間に形成するためのものである。複数の溝４ｃも、互いに平行となっており、且つ本体４ａに沿って延びている。溝４ｃは、冷媒（冷却水等）を流す流路１４を、本体４ａと本体５ａとの間に形成するためのものである。 The separator 4 has a plurality of grooves 4b and 4c formed in its main body 4a. The grooves 4b are parallel to each other and extend along the main body 4a. The grooves 4b are intended to form a flow path 13 for the flow of oxidizing gas (air, etc.) between the main body 4a and the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2. The grooves 4c are also parallel to each other and extend along the main body 4a. The grooves 4c are intended to form a flow path 14 for the flow of refrigerant (cooling water, etc.) between the main body 4a and the main body 5a.
セパレータ５の本体５ａにも複数の溝５ｂ，５ｃが形成されている。複数の溝５ｂは、互いに平行となっており、且つ本体５ａに沿って延びている。溝５ｂは、燃料ガス（水素等）を流す流路１６を、本体４ａと膜電極ガス拡散層接合体２との間に形成するためのものである。複数の溝５ｃも、互いに平行となっており、且つ本体５ａに沿って延びている。溝５ｃも、冷却水を流す上記流路１４を、本体４ａと本体５ａとの間に形成するためのものである。 The separator 5 also has multiple grooves 5b, 5c formed in its main body 5a. The multiple grooves 5b are parallel to each other and extend along the main body 5a. The grooves 5b are intended to form a flow path 16 for the flow of fuel gas (hydrogen, etc.) between the main body 4a and the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2. The multiple grooves 5c are also parallel to each other and extend along the main body 5a. The grooves 5c are also intended to form the above-mentioned flow path 14 for the flow of cooling water between the main body 4a and the main body 5a.
燃料電池のセルスタックでは、酸化ガスが流路１３を通過するとともに燃料ガスが流路１６を通過すると、それら酸化ガスと燃料ガスとの膜電極ガス拡散層接合体２での反応に基づき発電が行われる。また、冷却水が流路１４を通過すると、その冷却水によって発電時に発生する熱が奪われ、セルスタックが冷却されるようになる。 In the fuel cell stack, when oxidizing gas passes through flow path 13 and fuel gas passes through flow path 16, electricity is generated based on the reaction between the oxidizing gas and fuel gas in the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2. When cooling water passes through flow path 14, the cooling water removes the heat generated during power generation, thereby cooling the cell stack.
図２及び図３はそれぞれ、燃料電池セル１を正面から見た状態、及び、同燃料電池セル１を分解した状態を示している。これらの図から分かるように、燃料電池セル１は長方形の板状に形成されている。燃料電池セル１における膜電極ガス拡散層接合体２の周縁部には、四角枠状をなす樹脂プレート３が接合されている。燃料電池セル１のセパレータ４，５は、膜電極ガス拡散層接合体２及び樹脂プレート３を、それらの厚さ方向の両側から挟んでいる。 Figures 2 and 3 respectively show the fuel cell 1 as viewed from the front and in an exploded state. As can be seen from these figures, the fuel cell 1 is formed in a rectangular plate shape. A rectangular frame-shaped resin plate 3 is joined to the peripheral portion of the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2 in the fuel cell 1. The separators 4 and 5 of the fuel cell 1 sandwich the membrane electrode gas diffusion layer assembly 2 and the resin plate 3 from both sides in the thickness direction.
燃料電池セル１の樹脂プレート３及びセパレータ４，５には、孔６～１１が形成されている。孔６～１１は、燃料電池セル１の長手方向両端部に位置しており、樹脂プレート３及びセパレータ４，５を厚さ方向に貫通している。孔６～１１の内形は長方形状となっている。これらの孔６～１１は、水素、空気、及び冷却水といった上述した流体を流すことが可能であり、それらの流体をセルスタックに流入させたり同セルスタックから流出させたりするためのものである。 Holes 6-11 are formed in the resin plate 3 and separators 4, 5 of the fuel cell 1. The holes 6-11 are located at both longitudinal ends of the fuel cell 1 and penetrate the resin plate 3 and separators 4, 5 in the thickness direction. The holes 6-11 have a rectangular inner shape. These holes 6-11 are capable of passing the above-mentioned fluids, such as hydrogen, air, and coolant, and are intended to allow these fluids to flow into and out of the cell stack.
セパレータ４は、本体４ａに取り付けられる別ピース２１を備えている。別ピース２１は、本体４ａの孔６，７にそれぞれ取り付けられ、本体４ａと樹脂プレート３との間に挟まれるようになる。別ピース２１は、本体４ａに取り付けられることにより、孔６，７と流路１３（図１）とを繋ぐ接続通路を形成するものである。なお、孔６は、セルスタックに空気を流入させるものであり、セルスタックで発電に用いられなかった空気は孔７からセルスタックの外に流出する。 The separator 4 has a separate piece 21 that is attached to the main body 4a. The separate pieces 21 are attached to the holes 6 and 7 of the main body 4a, respectively, and are sandwiched between the main body 4a and the resin plate 3. By being attached to the main body 4a, the separate pieces 21 form a connecting passage that connects the holes 6 and 7 with the flow path 13 (Figure 1). The hole 6 allows air to flow into the cell stack, and air that is not used for power generation in the cell stack flows out of the cell stack through the hole 7.
セパレータ４は、本体４ａに取り付けられる別ピース２２も備えている。別ピース２２は、本体４ａの孔１０，１１にそれぞれ取り付けられ、本体４ａと隣合うセパレータ５の本体５ａとの間に挟まれるようになる。別ピース２２は、本体４ａに取り付けられることにより、孔１０，１１と流路１４（図１）とを繋ぐ接続通路を形成するものである。なお、孔１０はセルスタックに冷却水を流入させるものであり、セルスタックを冷却した後の冷却水は孔１１からセルスタックの外に流出する。 The separator 4 also has a separate piece 22 that is attached to the main body 4a. The separate pieces 22 are attached to the holes 10 and 11 of the main body 4a, respectively, and are sandwiched between the main body 4a and the main body 5a of the adjacent separator 5. By being attached to the main body 4a, the separate pieces 22 form a connecting passage that connects the holes 10 and 11 with the flow path 14 (Figure 1). The hole 10 allows cooling water to flow into the cell stack, and after cooling the cell stack, the cooling water flows out of the cell stack from the hole 11.
セパレータ５は、本体５ａに取り付けられる別ピース２３を備えている。別ピース２３は、本体５ａの孔８，９にそれぞれ取り付けられ、本体５ａと樹脂プレート３との間に挟まれるようになる。別ピース２３は、本体５ａに取り付けられることにより、孔８，９と流路１６（図１）とを繋ぐ接続通路を形成するものである。なお、孔８はセルスタックに水素を流入させるものであり、セルスタックで発電に用いられなかった水素は孔９からセルスタックの外に流出する。 The separator 5 is provided with a separate piece 23 that is attached to the main body 5a. The separate pieces 23 are attached to the holes 8 and 9 of the main body 5a, respectively, and are sandwiched between the main body 5a and the resin plate 3. By being attached to the main body 5a, the separate pieces 23 form a connecting passage that connects the holes 8 and 9 with the flow path 16 (Figure 1). Note that the hole 8 allows hydrogen to flow into the cell stack, and hydrogen that is not used for power generation in the cell stack flows out of the cell stack from the hole 9.
これら別ピース２１～２３は、ゴム又は樹脂によって形成されているものとすることが考えられる。また、別ピース２１～２３は、金属をプレス加工したり切削したりして形成されていてもよい。 These separate pieces 21 to 23 may be made of rubber or resin. The separate pieces 21 to 23 may also be made by pressing or cutting metal.
次に、別ピース２１～２３について説明する。なお、孔６～１１に取り付けられる別ピース２１～２３は同じ構造であるため、以下では孔６に取り付けられる別ピース２１についてのみ詳しく述べる。 Next, we will explain the separate pieces 21 to 23. Note that the separate pieces 21 to 23 attached to the holes 6 to 11 have the same structure, so only the separate piece 21 attached to the hole 6 will be described in detail below.
図４に示すように、セパレータ４における本体４ａの孔６は、少なくとも二組の平行な二辺を有する多角形状に形成されている。より詳しくは、孔６は、長方形状に形成されており、互いに平行となる二つの長辺６ａ，６ｂ及び互いに平行となる二つの短辺６ｃ，６ｄを有している。 As shown in FIG. 4, the hole 6 in the body 4a of the separator 4 is formed in a polygonal shape having at least two sets of parallel sides. More specifically, the hole 6 is formed in a rectangular shape and has two parallel long sides 6a, 6b and two parallel short sides 6c, 6d.
別ピース２１は、ベース部材３１と爪部３２とリブ２４とを備えている。ベース部材３１には接続孔２５、切欠部２６、及び溝２７が形成されている。接続孔２５は、別ピース２１が孔６（本体４ａ）に取り付けられたときに同孔６に繋がる。切欠部２６及び溝２７は、接続孔２５に繋がっている。また、別ピース２１が孔６（本体４ａ）に取り付けられ、且つ、セパレータ４とセパレータ５との間に挟まれたとき、切欠部２６及び溝２７は流路１４（図１）とも繋がる。このとき、接続孔２５、切欠部２６、及び溝２７等により、孔６と流路１４とを繋ぐ接続通路２８が形成される。 The separate piece 21 includes a base member 31, a claw portion 32, and a rib 24. A connection hole 25, a notch 26, and a groove 27 are formed in the base member 31. The connection hole 25 is connected to the hole 6 (main body 4a) when the separate piece 21 is attached to the hole 6. The notch 26 and the groove 27 are connected to the connection hole 25. Furthermore, when the separate piece 21 is attached to the hole 6 (main body 4a) and sandwiched between the separator 4 and the separator 5, the notch 26 and the groove 27 are also connected to the flow path 14 (Figure 1). At this time, the connection hole 25, the notch 26, the groove 27, etc. form a connection passage 28 that connects the hole 6 and the flow path 14.
図５に示すように、別ピース２１の爪部３２は、本体４ａの孔６に挿入することが可能となっている。爪部３２は、孔６に挿入された状態で別ピース２１を孔６の中心線ＣＬ回りに取付位置（図４の位置）まで回転させることによって、孔６から抜けないように本体４ａに掛け留めされるものである。別ピース２１は、上記取付位置まで回転されることにより、本体４ａ（孔６）に対して取り付けられる。 As shown in FIG. 5, the claw portion 32 of the separate piece 21 can be inserted into the hole 6 of the main body 4a. When the separate piece 21 is inserted into the hole 6 and rotated around the center line CL of the hole 6 to the mounting position (position in FIG. 4), the claw portion 32 is hooked onto the main body 4a so as not to come out of the hole 6. By rotating the separate piece 21 to the above mounting position, the separate piece 21 is attached to the main body 4a (hole 6).
図４に示すように、別ピース２１のリブ２４は、孔６の中心線ＣＬ回りに別ピース２１を上記取付位置まで回転させたとき、孔６の内面に接する。これにより、中心線ＣＬ回りについての別ピース２１の本体４ａに対する位置決め、及び、孔６の短辺方向についての別ピース２１の本体４ａに対する位置決めが行われる。別ピース２１が上記取付位置に位置したときには、爪部３２が孔６の短辺６ｃ，６ｄにそれぞれ対応して位置するとともに、リブ２４が孔６の長辺６ａ，６ｂにそれぞれ対応して位置する。すなわち、そうなるように爪部３２及びリブ２４が別ピース２１に設けられている。 As shown in FIG. 4, the rib 24 of the separate piece 21 contacts the inner surface of the hole 6 when the separate piece 21 is rotated around the center line CL of the hole 6 to the above-mentioned mounting position. This positions the separate piece 21 relative to the main body 4a about the center line CL and in the direction of the short sides of the hole 6. When the separate piece 21 is in the above-mentioned mounting position, the claw portions 32 are positioned corresponding to the short sides 6c, 6d of the hole 6, respectively, and the rib 24 is positioned corresponding to the long sides 6a, 6b of the hole 6, respectively. That is, the claw portions 32 and the rib 24 are provided on the separate piece 21 so that this is the case.
図６に示すように、爪部３２は、基部２９と先端突部３０とを供えている。基部２９は、別ピース２１のベース部材３１から突出し、孔６の中心線ＣＬに沿って延びている。先端突部３０は、基部２９の先端から孔６の中心線ＣＬに対し離れる方向に突出している。図６の上方から見た先端突部３０の形状は、図５に示すように三角形状となっている。爪部３２は、図５に示すように孔６に挿入された状態で別ピース２１を孔の中心線回りに取付位置（図４）まで回転させたとき、図６に示すように先端突部３０が本体４ａの厚さ方向の片側の面（図６の上面）に接することにより、孔６から抜けないように本体４ａに掛け留めされる。 As shown in FIG. 6, the claw portion 32 has a base 29 and a tip projection 30. The base 29 projects from the base member 31 of the separate piece 21 and extends along the center line CL of the hole 6. The tip projection 30 projects from the tip of the base 29 in a direction away from the center line CL of the hole 6. The shape of the tip projection 30 as viewed from above in FIG. 6 is triangular as shown in FIG. 5. When the separate piece 21 is rotated around the center line of the hole to the mounting position (FIG. 4) while inserted in the hole 6 as shown in FIG. 5, the tip projection 30 contacts one surface in the thickness direction of the main body 4a (the upper surface in FIG. 6) as shown in FIG. 6, and the claw portion 32 is hooked to the main body 4a so as not to come out of the hole 6.
リブ２４は、別ピース２１のベース部材３１から爪部３２の基部２９と同方向に突出している。リブ２４は、その突出方向の端面２４ａと、孔６の内面に接することが可能な側面２４ｂ（図４）とを有している。リブ２４の端面２４ａのベース部材３１に対する高さ位置Ｐ２は、本体４ａの厚さ方向の片側の面（図６の上面）に対する先端突部３０の接触面３０ａのベース部材３１に対する高さ位置Ｐ１よりも低くされ、それら端面２４ａと接触面３０ａとの高さ位置の差ΔＰ（＝Ｐ１－Ｐ２）は本体４ａの厚さよりも小さくされている。 The rib 24 protrudes from the base member 31 of the separate piece 21 in the same direction as the base 29 of the claw portion 32. The rib 24 has an end face 24a in the protruding direction and a side face 24b (Fig. 4) that can contact the inner surface of the hole 6. The height position P2 of the end face 24a of the rib 24 relative to the base member 31 is lower than the height position P1 of the contact surface 30a of the tip projection 30 relative to the surface on one side in the thickness direction of the main body 4a (the upper surface in Fig. 6) relative to the base member 31, and the difference in height position ΔP (=P1-P2) between the end face 24a and the contact surface 30a is smaller than the thickness of the main body 4a.
なお、孔７～１１は、孔６と同じ形状とされている。また、別ピース２２，２３は、別ピース２１と同じ構成であるため、別ピース２１と同じくベース部材３１、爪部３２、及びリブ２４等を備えている。そして、本体４ａの孔６に対し別ピース２１が取り付けられるのと同様に、本体４ａの孔７に対して別ピース２１が取り付けられ、本体５ａの孔８，９に対して別ピース２３が取り付けられ、本体４ａの孔１０，１１に対して別ピース２２が取り付けられる。 The holes 7 to 11 have the same shape as the hole 6. The separate pieces 22 and 23 have the same configuration as the separate piece 21, and therefore have the same base member 31, claw portion 32, rib 24, etc. as the separate piece 21. The separate piece 21 is attached to the hole 7 of the main body 4a in the same way that the separate piece 21 is attached to the hole 6 of the main body 4a, the separate piece 23 is attached to the holes 8 and 9 of the main body 5a, and the separate piece 22 is attached to the holes 10 and 11 of the main body 4a.
次に、セパレータ４，５の製造方法について説明する。
セパレータ４，５は、本体４ａ，５ａに対し、別ピース２１～２３を取り付けることによって製造される。そして、本体４ａ，５ａに別ピース２１～２３を取り付けることにより、セルスタックにおける孔６～１１と流路１３，１４，１６とを繋ぐ接続通路が形成される。言い換えれば、セパレータ４，５の製造方法は、本体４ａ，５ａに別ピース２１～２３を取り付けることにより、セルスタックにおける孔６～１１と流路１３，１４，１６とを繋ぐ接続通路を形成する通路形成工程を有している。
Next, a method for manufacturing the separators 4 and 5 will be described.
The separators 4, 5 are manufactured by attaching the separate pieces 21-23 to the main bodies 4a, 5a. Then, by attaching the separate pieces 21-23 to the main bodies 4a, 5a, connecting passages are formed that connect the holes 6-11 in the cell stack to the flow paths 13, 14, 16. In other words, the manufacturing method of the separators 4, 5 includes a passage forming step of forming connecting passages that connect the holes 6-11 in the cell stack to the flow paths 13, 14, 16 by attaching the separate pieces 21-23 to the main bodies 4a, 5a.
この通路形成工程では、別ピース２１～２３の爪部３２を孔６～１１に挿入し、その後に孔６～１１の中心線回りに別ピース２１～２３を取付位置まで回転させて爪部３２を孔６～１１から抜けないように本体４ａ，５ａに掛け留めすることにより、本体４ａ，５ａに対し別ピース２１～２３が取り付けられる。このため、本体４ａ，５ａに対する別ピース２１～２３の取り付けを簡単に行うことができる。これにより、セパレータ４，５の製造に手間がかかることを抑制できる。 In this passage forming process, the claws 32 of the separate pieces 21-23 are inserted into the holes 6-11, and then the separate pieces 21-23 are rotated around the center lines of the holes 6-11 to the mounting position, and the claws 32 are hooked onto the main bodies 4a, 5a so that they do not come out of the holes 6-11, thereby mounting the separate pieces 21-23 to the main bodies 4a, 5a. This makes it easy to mount the separate pieces 21-23 to the main bodies 4a, 5a. This makes it possible to reduce the amount of work required to manufacture the separators 4, 5.
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）セパレータ４，５の本体４ａ，５ａの孔６～１１に別ピース２１～２３の爪部３２を挿入し、その後に別ピース２１～２３を孔６～１１の中心線回りに取付位置まで回転させることにより、爪部３２が孔６～１１から抜けないように本体４ａ，５ａに掛け留めされ、それに伴って別ピース２１～２３が本体４ａ，５ａに取り付けられる。このように本体４ａ，５ａに対する別ピース２１～２３の取り付けを簡単に行うことができるため、セパレータ４，５の製造に手間がかかることを抑制できる。
According to the present embodiment described above in detail, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The claw portions 32 of the separate pieces 21-23 are inserted into the holes 6-11 of the main bodies 4a, 5a of the separators 4, 5, and then the separate pieces 21-23 are rotated around the center lines of the holes 6-11 to the attachment positions, whereby the claw portions 32 are hooked onto the main bodies 4a, 5a so as not to come out of the holes 6-11, and the separate pieces 21-23 are attached to the main bodies 4a, 5a accordingly. Since the separate pieces 21-23 can be easily attached to the main bodies 4a, 5a in this way, the manufacturing of the separators 4, 5 can be made less time-consuming.
（２）別ピース２１～２３を本体４ａ，５ａに取り付けたとき、別ピース２１～２３のリブ２４が本体４ａ，５ａにおける孔６～１１の内面に接する。これにより、別ピース２１～２３が、本体４ａ，５ａに対し、孔６～１１の中心線回りに回転する方向について位置決めされるとともに、孔６～１１の短辺方向についても位置決めされる。従って、本体４ａ，５ａに取り付けられた別ピース２１～２３が取付位置からずれることを抑制できる。 (2) When the separate pieces 21-23 are attached to the main body 4a, 5a, the ribs 24 of the separate pieces 21-23 contact the inner surfaces of the holes 6-11 in the main body 4a, 5a. This positions the separate pieces 21-23 relative to the main body 4a, 5a in the direction of rotation around the center line of the holes 6-11, and also in the direction of the short sides of the holes 6-11. Therefore, it is possible to prevent the separate pieces 21-23 attached to the main body 4a, 5a from shifting from their attachment positions.
（３）リブ２４の端面２４ａのベース部材３１に対する高さ位置Ｐ２は、本体４ａの厚さ方向の片側の面に対する先端突部３０の接触面３０ａのベース部材３１に対する高さ位置Ｐ１よりも低くされる。更に、それら端面２４ａと接触面３０ａとの高さ位置の差ΔＰは本体４ａの厚さよりも小さくされている。 (3) The height position P2 of the end face 24a of the rib 24 relative to the base member 31 is lower than the height position P1 of the contact surface 30a of the tip protrusion 30 relative to the base member 31 on one side of the main body 4a in the thickness direction. Furthermore, the difference ΔP in height position between the end face 24a and the contact surface 30a is smaller than the thickness of the main body 4a.
このため、別ピース２１～２３が本体４ａ，５ａに対して、次のように取り付けられる。すなわち、本体４ａ，５ａの孔６～１１に別ピース２１～２３の爪部３２を挿入した状態で、別ピース２１～２３を孔６～１１の中心線回りに取付位置に向けて回転させると、爪部３２が弾性変形することにより、リブ２４の端面２４ａと先端突部３０の接触面３０ａとの高さ位置の差ΔＰが、本体４ａ，５ａの厚さと同じになるように広げられる。そして、上記端面２４ａと上記接触面３０ａとの間に本体４ａ，５ａが挟まれた状態で、別ピース２１～２３の上記回転が行われる。こうした別ピース２１～２３の回転によって別ピース２１～２３が取付位置に達すると、リブ２４が孔６に入り込むことにより、弾性変形していた上記爪部３２が元の位置に戻るとともに、リブ２４の側面２４ｂが孔６～１１の内面に接触する。その結果、爪部３２が本体４ａ，５ａに掛け留めされつつ、リブ２４によって別ピース２１～２３が位置決めされる。 Therefore, the separate pieces 21-23 are attached to the main bodies 4a and 5a as follows. That is, when the claws 32 of the separate pieces 21-23 are inserted into the holes 6-11 of the main bodies 4a and 5a and the separate pieces 21-23 are rotated around the center lines of the holes 6-11 toward the attachment position, the claws 32 are elastically deformed, widening the difference in height ΔP between the end face 24a of the rib 24 and the contact face 30a of the tip protrusion 30 to the same thickness as the main bodies 4a and 5a. Then, the rotation of the separate pieces 21-23 is performed with the main bodies 4a and 5a sandwiched between the end face 24a and the contact face 30a. When the separate pieces 21-23 reach the attachment position by such rotation, the rib 24 enters the hole 6, so that the elastically deformed claws 32 return to their original position and the side face 24b of the rib 24 comes into contact with the inner surface of the hole 6-11. As a result, the claws 32 are hooked onto the main bodies 4a and 5a, while the separate pieces 21 to 23 are positioned by the ribs 24.
従って、取付位置からの別ピース２１～のずれを抑制した状態での本体４ａ，５ａに対する別ピース２１～２３の取り付けを簡単に行うことができる。
（４）別ピース２１～２３が取付位置まで回転して本体４ａ，５ａに取り付けられたときには、孔６～１１の短辺６ｃ，６ｄに対応する位置で爪部３２による別ピース２１～２３の本体４ａ，５ａに対する掛け留めが行われるとともに、孔６～１１の長辺６ａ，６ｂに対応する位置でリブ２４が孔６～１１の内面に接する。このように孔６～１１の短辺６ｃ，６ｄに対応する位置でそれぞれ爪部３２による別ピース２１～２３の本体４ａ，５ａに対する掛け留めが行われることにより、別ピース２１～２３が孔６～１１から抜けにくくなる。また、孔６～１１の長辺６ａ，６ｂに対応する位置でそれぞれリブ２４が孔６～１１の内面に接するため、別ピース２１～２３が取付位置から孔６～１１の中心線回りの回転方向及び孔６～１１の短辺方向にずれにくくなる。
Therefore, the separate pieces 21 to 23 can be easily attached to the main bodies 4a and 5a while preventing the separate pieces 21 to 23 from shifting from their attachment positions.
(4) When the separate pieces 21-23 are rotated to the mounting position and mounted on the main body 4a, 5a, the claws 32 hook the separate pieces 21-23 to the main body 4a, 5a at positions corresponding to the short sides 6c, 6d of the holes 6-11, and the ribs 24 contact the inner surfaces of the holes 6-11 at positions corresponding to the long sides 6a, 6b of the holes 6-11. By hooking the separate pieces 21-23 to the main body 4a, 5a at positions corresponding to the short sides 6c, 6d of the holes 6-11 by the claws 32, respectively, the separate pieces 21-23 are less likely to come out of the holes 6-11. In addition, because the ribs 24 contact the inner surfaces of the holes 6-11 at positions corresponding to the long sides 6a, 6b of the holes 6-11, the separate pieces 21-23 are less likely to shift from the mounting position in the direction of rotation around the center line of the holes 6-11 and in the direction of the short sides of the holes 6-11.
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・爪部３２の先端突部３０は、必ずしも図４に示すように三角形状とされている必要はなく、その他の形状とされていてもよい。例えば先端突部３０が図７に示すように略半円弧状とされていてもよい。
The above embodiment can be modified, for example, as follows: The above embodiment and the following modified examples can be combined with each other to the extent that no technical contradiction occurs.
The tip projection 30 of the claw portion 32 does not necessarily have to be triangular in shape as shown in Fig. 4, and may be in another shape. For example, the tip projection 30 may be substantially semicircular in shape as shown in Fig. 7.
・孔６～１１は、必ずしも長方形状である必要はなく、二組以上の平行な二辺を有する他の多角形状に形成されていたり、そうした多角形状以外の形状に形成されていたりしてもよい。 The holes 6 to 11 do not necessarily have to be rectangular, but may be formed in other polygonal shapes having two or more sets of parallel sides, or in shapes other than such polygonal shapes.
・必ずしもリブ２４を別ピース２１～２３に設ける必要はない。
・セルスタックは、セパレータ４，５の別ピース２１～２３のうち、いずれか一種類の別ピースのみが設けられるものであったり、二種類の別ピースのみが設けられるものであったりしてもよい。
The ribs 24 do not necessarily have to be provided on the separate pieces 21 to 23.
The cell stack may be provided with only one type of separate piece among the separate pieces 21 to 23 of the separators 4 and 5, or may be provided with only two types of separate pieces.
１…燃料電池セル
２…膜電極ガス拡散層接合体
３…樹脂プレート
４…セパレータ
４ａ…本体
４ｂ，４ｃ…溝
５…セパレータ
５ａ…本体
５ｂ，５ｃ…溝
６…孔
６ａ，６ｂ…長辺
６ｃ，６ｄ…短辺
７～１１…孔
１３，１４，１６…流路
２１～２３…別ピース
２４…リブ
２４ａ…端面
２４ｂ…側面
２５…接続孔
２６…切欠部
２７…溝
２８…接続通路
２９…基部
３０…先端突部
３０ａ…接触面
３１…ベース部材
３２…爪部
1...Fuel cell 2...Membrane electrode gas diffusion layer assembly 3...Resin plate 4...Separator 4a...Main body 4b, 4c...Groove 5...Separator 5a...Main body 5b, 5c...Groove 6...Hole 6a, 6b...Long sides 6c, 6d...Short sides 7-11...Holes 13, 14, 16...Flow paths 21-23...Separate pieces 24...Rib 24a...End face 24b...Side face 25...Connection hole 26...Notch 27...Groove 28...Connection passage 29...Base 30...Tip protrusion 30a...Contact surface 31...Base member 32...Claw portion
Claims (5)
前記セルスタックにおける隣合う膜電極ガス拡散層接合体の間に配置することが可能な板状の本体と、その本体に取り付けられる別ピースと、を備えており、
前記本体には、前記セルスタックに対し給排される流体を流すための孔が前記本体の厚さ方向に貫通するように形成され、且つ、前記流体を流す流路を形成するための溝が前記本体に沿って延びるように形成されており、
前記別ピースは、前記本体に取り付けられることにより、前記孔と前記流路とを繋ぐ接続通路を形成するものとされている燃料電池のセパレータにおいて、
前記別ピースは、前記孔に挿入することが可能な爪部を備えており、
前記爪部は、前記孔に挿入された状態で前記別ピースを前記孔の中心線回りに取付位置まで回転させることによって前記孔から抜けないように前記本体に掛け留めされるものとされている燃料電池のセパレータ。 The present invention is applied to a cell stack formed by stacking a plurality of fuel cells each having a membrane electrode gas diffusion layer assembly in a thickness direction,
The cell stack further comprises a plate-shaped main body that can be disposed between adjacent membrane electrode gas diffusion layer assemblies in the cell stack, and a separate piece that is attached to the main body,
a hole for allowing a fluid to flow to be supplied to and discharged from the cell stack is formed in the body so as to penetrate the body in a thickness direction, and a groove for forming a flow path for allowing the fluid to flow is formed so as to extend along the body,
The separate piece is attached to the main body to form a connecting passage that connects the hole and the flow path,
The separate piece has a claw portion that can be inserted into the hole,
A separator for a fuel cell in which the claw portion is hooked onto the main body so as not to fall out of the hole by rotating the separate piece around the center line of the hole to an attachment position while inserted into the hole.
前記リブは、前記別ピースを前記取付位置まで回転させたとき、前記孔の内面に接することによって前記本体に対し前記別ピースを位置決めするものである請求項１に記載の燃料電池のセパレータ。 The separate piece has a rib,
2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the rib positions the separate piece relative to the main body by contacting an inner surface of the hole when the separate piece is rotated to the mounting position.
前記リブは、前記別ピースのベース部材から前記爪部の基部と同方向に突出しており、その突出方向の端面と前記孔の内面に接することが可能な側面とを有しており、
前記リブの端面の前記ベース部材に対する高さ位置は、前記本体の厚さ方向の片側の面に対する前記先端突部の接触面の前記ベース部材に対する高さ位置よりも低くされ、それら端面と接触面との高さ位置の差は前記本体の厚さよりも小さくされている請求項２に記載の燃料電池のセパレータ。 the claw portion includes a base portion that protrudes from a base member of the separate piece and extends along the center line of the hole, and a tip protrusion that protrudes from the tip of the base portion in a direction away from the center line of the hole, and when the separate piece is inserted into the hole and rotated around the center line of the hole to the attachment position, the tip protrusion comes into contact with a surface on one side in the thickness direction of the main body, thereby hooking the separate piece onto the main body so as not to come out of the hole,
the rib protrudes from the base member of the separate piece in the same direction as the base of the claw portion, and has an end face in the protruding direction and a side face capable of contacting an inner surface of the hole,
A fuel cell separator as described in claim 2, wherein the height position of the end face of the rib relative to the base member is lower than the height position of the contact surface of the tip protrusion relative to the base member with respect to one side surface in the thickness direction of the main body, and the difference in height positions between the end faces and the contact surfaces is smaller than the thickness of the main body.
前記別ピースを前記孔の中心線回りに前記取付位置まで回転させたとき、前記孔における平行な二辺に前記爪部がそれぞれ対応して位置し、且つ、前記孔における別の平行な二辺に前記リブがそれぞれ対応して位置するように、前記爪部及び前記リブが設けられている請求項２又は３に記載の燃料電池のセパレータ。 The hole is formed in a polygonal shape having at least two sets of parallel sides,
A fuel cell separator as described in claim 2 or 3, wherein the claw portions and the ribs are arranged so that, when the separate piece is rotated around the center line of the hole to the mounting position, the claw portions are positioned corresponding to two parallel sides of the hole, and the ribs are positioned corresponding to two other parallel sides of the hole.
前記通路形成工程では、前記別ピースの爪部を前記孔に挿入し、その後に前記孔の中心線回りに前記別ピースを取付位置まで回転させて前記爪部を前記孔から抜けないように前記本体に掛け留めすることにより、前記本体に対し前記別ピースを取り付けるセパレータの製造方法。 A method for manufacturing a separator, comprising a passage forming step of forming a connecting passage connecting a hole for supplying and discharging a fluid to and from a cell stack of a fuel cell and a groove for forming a passage for the fluid by attaching a separate piece to a separator body having the hole and the passage,
In the passage forming process, the claw portion of the separate piece is inserted into the hole, and then the separate piece is rotated around the center line of the hole to an attachment position, thereby hooking the claw portion onto the main body so that it does not come out of the hole, thereby attaching the separate piece to the main body.
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