JPH0566875U - 燃料電池マニホールド板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セルスタック圧接組立て時におけるシール材
の面内横ずれや高分子電解質圧接固定後の横ずれ、なら
びにガス流通孔や電極面周囲部分のガス漏洩などを発生
させない。 【構成】 マニホールド板２２において、燃料ガスや酸
化剤ガスの流通孔２４の周囲を囲むＶ溝２９〜３２およ
び３４〜３７を設け、また電極面内ガス流路方向ガスシ
ール用Ｖ溝３３を表面２２ａに、電解質シール用Ｖ溝３
８を裏面２２ｂにそれぞれ刻設した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、反応ガスが漏洩することなく、シール材の面内横ずれを防止する燃 料電池マニホールド板に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図４〜５に示すように、２種類の反応ガスを使用する燃料電池Ａは、アノード 電極基材０３とカソード電極基材０４とに挟持された高分子固体電解質膜０２に より分割した燃料ガス区域０５ａと酸化剤ガス区域０６ａとをそれぞれ備える２ 枚のマニホールド板０５、０６を重ね合わせてなる単位電池０１複数個をセパレ ータ０８を介して積層したセルスタック０９とし、マニホールドを兼ねる１組の エンドプレート１０、１０でボルト締めにより圧縮挟持して構成されている。 また、反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスとからなり、アノード電極基材０３ を備える燃料ガス区域０５ａには燃料ガスが、一方カソード電極基材０４を備え る酸化剤ガス区域０６ａには、酸化剤ガスがそれぞれ同時に導入され排出される 。その結果、高分子固体電解質膜０２において、両ガスは化学反応を行い、その 進行に伴って電子が発生し、この電子をアノード電極基材０３、カソード電極基 材０４により外部回路に取り出すことで電気エネルギーが発生する。

【０００３】 ところで、この種の燃料電池における単位電池は、シール剤用溝を有していな いマニホールド板２枚を、例えば位相を９０度変えた姿勢で重ね合わせ、これら の外面にそれぞれシール材を積層しただけの構造としていた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来の構造では、セルスタックを１組のエンドプレートで圧縮して 組み立てる際の締めつけ圧力によって、シール材が面内横ずれをしたり、あるい は流通孔内へはみ出してその断面積を縮小させ、反応ガスの流通に障害を与える という不都合が生ずる。 また、ガス流通部や電極面周囲部分から反応ガスが漏洩することもあり、さら には高分子固体電解質膜が横ずれしたりする。

【０００５】 本考案は、このような従来技術の問題点を背景になされたもので、セルスタッ クの圧接組立て時のシール材の面内横ずれや高分子固体電解質膜圧接固定後の横 ずれ、ならびにガス流通孔や電極面周囲部分からのガス漏洩などが発生しない燃 料電池のマニホールド板を提供することを目的とする。

【０００６】 本考案は、アノードとカソードとで挟持された高分子固体電解質膜により分割 した燃料ガス区域と酸化剤ガス区域とをそれぞれ備える２枚のマニホールド板を 重ね合わせてなる複数個の単位電池を、セパレータを介して積層したセルスタッ クとし、マニホールドを兼ねる１組のエンドプレートで圧縮挟持してなる燃料電 池において、燃料ガス、酸化剤ガスそれぞれの流通孔の周囲を囲む溝を設け、さ らに高分子固体電解質膜および／または電極を設置する区域をそれぞれ囲む溝を 設けたことを特徴とする燃料電池マニホールド板を提供するものである。

【０００７】 また、本考案は、前記溝を覆うシール材を積層圧接させたガスシール材を有す る燃料電池マニホールド板を提供するものである。

【０００８】

【作用】

本考案では、このように構成してあるので、セルスタックをエンドプレートの ボルト締めによる圧縮挟持する場合、その押圧力により締めつけられるシール材 は、平面的に空間側へ展張し逃げようとするが、その逃げ部分はマニホールド板 に刻設された前記溝に嵌まり込み、この溝を充填するように動作して前記押圧力 を吸収する。従って、流通孔内へシール材がはみ出たりすることはなく、密封性 も向上し、かつ反応ガスの流通を阻害しない。 また、シール材が溝に嵌入することにより、その正しい設定位置が確保される ので、高分子固体電解質膜の圧接後の横ずれも生ずることがない。 すなわち、本考案の燃料電池マニホールド板によれば、燃料電池のガス漏洩や 流通孔の狭まることを防止するため、極めて順調にその発電規模を発揮すること ができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１〜３に基づいて説明する。なお、図４〜５と同一 の部材などは、同一の符号を用い、その説明は省略する。 図１〜３に示すように、本考案の実施例の燃料電池マニホールド板を用いた 平面正方形の単位電池２１は、正方形に形成された燃料ガス側のマニホールド板 ２２と、これと同形同大で９０度位相を変え、高分子固体電解質膜０２を介して 重合する酸化材ガス側のマニホールド板２３とからなる。

【００１０】 燃料ガス側のマニホールド２２は、図１（ａ）にその表面（セパレータ側）２ ２ａを示すように、四周縁それぞれに一対ずつの細長い矩形の断面を有するガス 流通孔２４を穿設しており、対向位置にある流通孔を燃料ガスとしての水素Ｈ₂ の導入孔２５、２５および排出孔２６、２６としている。これらに対し、横方向 位置に対向している流通孔は、酸化剤ガスとしての酸素Ｏ₂ の導入用連通孔２７ 、２７および排出用連通孔２８、２８である。 なお、図１（ｂ）は、マニホールド板２２の裏面（電解質側）２２ｂを示す底 面図である。 そして、このマニホールド板２２の表面２２ａには、導入孔２５および排出孔 ２６の外周を囲み、ガス流通部シール用溝２９、３０が刻設されており、またア ノード電極部材０３が嵌めこまれる燃料ガス区域２２ｃのガス流れ方向の側縁に は、電極面内ガス流路方向ガスシール用Ｖ溝３３が刻設されている。さらに、酸 素Ｏ₂ の導入用連通孔２７および排出用連通孔２８の外周には、それぞれガス流 通部シール用Ｖ溝３１、３２が刻設してある。

【００１１】 また、導入孔２５、排出孔２６と燃料ガス区域２２ｃとの間には、流れ方向に 沿って平行に刻設された複数の導入溝２５ａ、２６ａにより連通されており、こ れらの上に保護用プレート（不銹鋼）２５ｂ、２６ｂが、図１（ｃ）に示すよう にマニホールド２２の表面と同一平面をなして嵌めこまれている。

【００１２】 一方、マニホールド板２２の裏面２２ｂには、図１（ｂ）に示すように、表面 ２２ｂの各Ｖ溝２９、３０、３１、３２の対向位置にガス流通部シール用Ｖ溝３ ４、３５、３６、３７ならびに燃料ガス区域２２ｃの外周を囲む電解質シール用 Ｖ溝３８が刻設されている。

【００１３】 酸化剤ガス側のマニホールド板２３は、燃料ガス側のマニホールド板２２と同 様の構成であるので、その説明は省略するが、単位電池２１への組立てに際して は、マニホールド板２２に対し９０度位相を変えるとともに、裏返し姿勢により シート材としてフッ素ゴム（例えば、バイトン）からなるガスケット３９を介し てマニホールド板２２と重合する。

【００１４】 なお、図２に示すように、ガスケット３９は、上部側の不銹鋼製セパレータ０ ８、燃料ガスガスバリアー性のマニホールド板２２、酸化剤ガス側のマニホール ド板２３、下部側の不銹鋼製セパレータ０８それぞれの間に介装され、前記各Ｖ 溝をそれぞれ被うガスシール構造となっている。

【００１５】 上記構成となっているので、複数個の単位電池２１を積層して圧接しセルスタ ック０９とする場合、エンドプレート１０、１０の締めつけによる押圧力Ｆが前 記ガスケット３９の上下面に加えられると、ガスケット３９は厚み縮小されるた め面に沿った方向へ展張しで逃げようとする。そのとき、この展張した逃げ部分 ３９ａは、図３に示すようにマニホールド板２２、２３に刻設された各Ｖ溝に嵌 め込み、このＶ溝を充填するように動作するため、前記押圧力Ｆは吸収され、ガ スケット３９がガス流通孔２４や外部にはみ出ることはない。 すなわち、この逃げ部分３９ａは、ガス流路のシール性を高め、ガス漏洩防止 を図るだけでなく、ガスケット３９の面内横ずれや高分子固体電解質膜０２の圧 接固定後の横ずれを防止する機能を発揮するものである。

【００１６】 以上、本考案の実施例を説明したが、本考案は、この実施例に必ずしも限定さ れることはなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本考案に含 まれる。 例えば、実施例では、マニホールド板の溝をＶ溝としたが、Ｕ字溝としてもよ く、またセパレータに不銹鋼を用いたが、炭素焼結板、ステンレスなどのガス緻 密性電子素材であれば他の材質を使用してもよい。

【００１７】

【考案の効果】

本考案の燃料電池マニホールド板は、このように燃料ガス、酸化剤ガスそれぞ れの流通孔の周囲を囲む溝を設け、さらに高分子固体電解質膜および／または電 極を設置する区域をそれぞれ囲む溝を設け、前記各溝を被うシール材０７を積層 圧接したガスシール構造としたため、セルスタック圧接組立て時のシール材の面 内横ずれや高分子固体電解質膜の圧接固定後の横ずれ、ならびに流通孔や電極面 周囲部分などからガス漏洩を防ぎ、密封性を著しく高めることができ、またガス 流通孔の横断面を縮小させることがないので、ガス通過量を低減することなく、 充分に電池としての機能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の燃料ガス側のマニホールド板
を示すで、同図（ａ）は表面を示す平面図、同図（ｂ）
は裏面を示す平面図、同図（ｃ）は導入溝保護用プレー
トを嵌め込んだ表面の平面図である。

【図２】本考案の実施例の単位電池を縦断面して示す概
要拡大図である。

【図３】本考案の実施例のシール材の作用を拡大断面で
示す説明図である。

【図４】高分子固体電解質膜を用いた燃料電池の原理を
説明するための単位電池の基本構成を示す縦断面図であ
る。

【図５】燃料電池の全体の構成を示す部分分解斜視図で
ある。

【符号の説明】

Ａ 燃料電池 ０２ 高分子固体電解質膜 ０３ アノード電極基材 ０４ カソード電極基材 ０７ シール材 ０８ セパレータ ０９ セルスタック １０ エンドプレート ２１ 単位電池 ２２ 燃料ガス側のマニホールド板 ２２ｃ 燃料ガス区域 ２３ 酸化剤ガス側のマニホールド板 ２４ ガス流通孔 ２５ 導入孔 ２６ 排出孔 ２７ Ｏ₂ 導入用連通孔 ２８ Ｏ₂ 排出用連通孔 ２９、３０、３１、３１ ガス流通部シール用Ｖ溝 ３３ 電極面内ガス流路方向ガスシール用Ｖ溝 ３４、３５、３６、３７ ガス流通部シール用Ｖ溝 ３８ 電解質シール用Ｖ溝

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 アノードとカソードとで挟持された高分
   子固体電解質膜により分割した燃料ガス区域と酸化剤ガ
   ス区域とをそれぞれ備える２枚のマニホールド板を重ね
   合わせてなる複数個の単位電池を、セパレータを介して
   積層したセルスタックとし、マニホールドを兼ねる１組
   のエンドプレートで圧縮挟持してなる燃料電池におい
   て、燃料ガス、酸化剤ガスそれぞれの流通孔の周囲を囲
   む溝を設け、さらに高分子固体電解質膜および／または
   電極を設置する区域をそれぞれ囲む溝を設けたことを特
   徴とする燃料電池マニホールド板。
2. 【請求項２】 前記溝を覆うシール材を積層圧接させた
   ガスシール材を有する請求項１記載の燃料電池マニホー
   ルド板。