JPH09259899A - Cooling plate of fuel cell - Google Patents
Cooling plate of fuel cellInfo
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- JPH09259899A JPH09259899A JP8086073A JP8607396A JPH09259899A JP H09259899 A JPH09259899 A JP H09259899A JP 8086073 A JP8086073 A JP 8086073A JP 8607396 A JP8607396 A JP 8607396A JP H09259899 A JPH09259899 A JP H09259899A
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- cooling
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単セルを積層して
形成される電池積層体に積層され燃料電池を冷却するた
めの燃料電池の冷却板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、燃料電池は、天然ガスやメタン
ガス等を改質して得られた水素リッチガス(燃料ガス)
と酸化剤である空気とを燃料電池本体内に供給して、リ
ン酸等の電解質を介して電気化学的反応を行って電気エ
ネルギーを発生させるものである。また、燃料電池の発
電時に発生する熱エネルギーを回収し、利用することに
よって効率的なエネルギー発生システムを実現してい
る。
【0003】このような燃料電池は、上述した発電機能
を有する一つの単電池(以下単セルという)が複数枚積
層された積層体構造(セルスタック構造)になってい
る。従来の燃料電池のセルスタック構造を図6に示す。
燃料電池本体の単セル1は、電解質を保持したマトリッ
クス層11と、矢印Aの方向から燃料である水素が供給
される燃料極12と、矢印Bの方向から空気が供給され
る酸化剤極13と、リブ付き電極基材14、15と、セ
パレータ16より構成される。この単セルが多数枚積層
される毎に水冷却の冷却板3が積層され、1つのサブス
タック2を構成する。そして、このサブスタック2を多
数枚積層してセルスタックが構成されている。
【0004】このセルスタックは最上部と最下部に締め
付け板17を配備し保持されている。このセルスタック
の4方向には、水素ガスマニホールド18と空気マニホ
ールド19が互いに直行し、向かい合って取り付けられ
ている。また、冷却板3には冷却管7が埋設して設けら
れており、この冷却管7の一方の端部は、給水へッダ8
に、他方の端部は排水へツダ9にそれぞれ絶縁ホース1
0を介して接続されている。これにより、冷却管7に冷
却水を循環供給して燃料電池を冷却するようになってい
る。
【0005】冷却板3は、図7に示すように、上下二つ
の上部冷却板基材4aと下部冷却板基材4bとから構成
され、その内部に冷却管7が埋設して設けられる。すな
わち、上部冷却板基材4a及び下部冷却板基材4bの内
面側に、蛇行ループ状に溝5を形成し、この溝5に冷却
管7を収納する。この場合、金属製の冷却管7との隙間
には良熱伝導性充填材6が充填されている。このような
構成のセルスタックでは、冷却管が水素ガスマニホール
ド18内部にないので、冷却管7が直接リン酸などの電
解質に接触するようなことはない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
燃料電池においても、水素ガスマニホールド18内にお
いては、冷却板3に隣接するリブ付き電極基材14、1
5の電解質が冷却板3内に浸透したり、冷却板3の側面
に付着したりし、比較的多孔質な冷却板基材4を浸透し
て冷却管7に達し冷却管7を腐食させ水洩れにいたる懸
念がある。
【0007】また、これまでの研究結果で、冷却板3に
隣接する側面コーナ部が酸素と接触し電位が発生するこ
とによって、長期的に影響を受け冷却板3端部のエッジ
部を電食させる恐れもでてきた。
【0008】本発明の目的は、電解質の浸透による冷却
管の腐食やコーナ部の電食を防止することができる燃料
電池の冷却板を提供するである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、単セ
ルを複数枚積層して形成される燃料電池の単セルが所定
枚数積層される毎に積層され燃料電池を冷却するための
冷却板であって、上下2つ合わせに取り付けられた上下
冷却板基材と、この上下冷却板基材の間に埋設して設け
られ冷却水を通すための冷却管とから構成される冷却板
の側面の4面に帯状の耐熱耐食性樹脂層を設け、上下冷
却基板の反合わせ面側にそれぞれガス不透過性セパレー
タを積層し、ガス不透過性セパレータと上下冷却板基材
との間に耐熱耐食性樹脂層を設け、それらを同時に加熱
圧着し全体を一体化するようにしたものである。
【0010】請求項1の発明では、冷却板の側面の4面
に設けた帯状の耐熱耐食性樹脂層を上下冷却板基材の側
面部に加熱圧着し全体を一体化する。これにより、電解
質の側面からの浸透を防止すると共にエッジ部の電食を
防止する。
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、上下冷却基板の反合わせ面側にそれぞれガス不透過
性セパレータを積層し、ガス不透過性セパレータと上下
冷却板基材との間に耐熱耐食性樹脂層を設け、それらを
同時に加熱圧着し全体を一体化するようにしたものであ
り、請求項1の発明の作用に加え冷却板の上下方向の電
解質の浸透をさらに抑制する。
【0012】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、ガス不透過性セパレータの上にカーボ
ンペーパを積層し、カーボンペーパとガス不透過性セパ
レータとの間に耐熱耐食性樹脂層を設け、それらを同時
に加熱圧着し全体を一体化するようにしたものであり、
請求項1又は請求項2の発明の作用に加え冷却板の上下
方向の電解質の浸透をさらに抑制する。さらに、接触抵
抗を下げる働きをする。
【0013】請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3
の発明において、上下冷却板基材間の周辺部と中央部に
帯状の耐熱耐食性樹脂層を設け、加熱圧着し冷却板基材
全体を一体化したものであり、請求項1乃至請求項3の
発明の作用に加え、上下冷却板基材の口開きを抑制す
る。
【0014】請求項5の発明は、請求項1乃至請求項3
に記載の発明において、耐熱耐食性樹脂層は、テトラフ
ルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体又
はテトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビヒ
ルエチレン共重合体としたものであり、これにより耐熱
耐食性を保つ。
【0015】請求項6の発明は、請求項1の発明におい
て、上下冷却基板間、及び上下冷却板基材とガス不透過
性セパレータとの間に設ける耐熱耐食性樹脂層の厚さ
は、0.02〜0.1mmとしたものであり、これによ
り電解質の上下方向の浸透を抑制すると共に、上下が積
層されるセルとの接触抵抗を満足のいくものとし、か
つ、ガスマニホールドとのシール性に阻害を来さないよ
うにする。
【0016】請求頃7の発明は、請求項2の発明におい
て、ガス不透過性セパレータとカーボンペーパとの間の
耐熱耐食性樹脂層の厚さは、0.1〜0.15mmとし
たをことものであり、これにより電解質の上下方向の浸
透をさらに抑制する。
【0017】請求項8の発明は、請求項1の発明におい
て、冷却板側面に設けられた帯状の耐熱耐食性樹脂層の
厚さは、0.25〜0.55mmとし、高分子で結晶化
度が低くい材料としたものであり、これにより耐クラッ
ク性を有し冷却板側面方向への電解質の浸透を抑制しエ
ッジ部の電食を防止する。
【0018】請求項9の発明は、請求項1の発明におい
て、冷却板側面に設ける帯状の耐熱耐食性樹脂層の幅
は、冷却板全体厚さより1〜3mm大きくしたものであ
り、これにより冷却板側面の耐熱性樹脂の溶着を確実に
すると共に、上下が積層されるセルとの接触抵抗を満足
のいくものとし、かつ、ガスマニホールドとのシール性
に阻害を来さないようにする。
【0019】請求項10の発明は、請求項1の発明にお
いて、冷却板側面に設ける帯状の耐熱耐食性樹脂層の加
熱圧着後の溶け出しは、水平方向には0〜1mmとし、
上下面へは0〜0.2mmとしたことものであり、耐熱
性樹脂の溶着を確実にすると共にシール面に悪影響を与
えないようにする。すなわち、上下が積層されるセルと
の接触抵抗を満足のいくものとし、かつ、ガスマニホー
ルドとのシール性に阻害を来さないようにする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。図1は本発明の実施の形態による冷却板3の全体斜
視図である。冷却板3の外面にはカーボンペーパ20が
取り付けられている。このカーボンペーパ20の周辺部
21は高密度化処理がなされており、シール効果を強化
している。これにより、冷却板3に接する接触面からの
反応ガスの洩れを防止する。なお、この高密度化処理は
必要に応じて行えば良く、セルスタック積層部材の構成
によっては省略することも可能である。
【0021】冷却板3の側面(4側面)には、耐熱耐腐
食性樹脂層として帯状のFEP(テトラフルオロエチレ
ンーヘキサフルオロプロピレン共重合体)フィルム22
が加熱圧着されている。冷却板3の側面は電流通電部で
ないため、その側面に帯状FEPフィルム22を設けて
も接触抵抗の増加は問題とならない。また、帯状FEP
フィルム22の厚さを約0.5mm以上とした場合に
は、電解質であるリン酸の透過は殆どないため、この帯
状FEPフィルム22の厚さは、本発明の実施の形態で
は、0.25〜0.55mmとし、かつ機械的強度、特
に耐クラック性を重視し高分子で結晶化度の低い材質
(Lタイプ)とする。帯状FEPフィルム22として、
市販のものを使用する場合には、その厚さを0.25〜
0.55mmにするために、複数枚を重ね合わせて使用
しても良い。
【0022】帯状FEPフィルム22の幅寸法は、冷却
板3自体の幅寸法より、プラス1〜3mmとし、加熱圧
着時の不完全溶着部を無くし、かつ溶け出し量が過剰に
なることを防止する。なお、この帯状FEPフィルム2
2の両端部で、水素ガスマニホールド18より外部に位
置する部分(約10mmの範囲)は、隣り合う帯状FE
Pフィルム22同士や冷却板側面とは完全に接着されて
なくとも良い。
【0023】図2は、本発明の実施の形態による冷却坂
7の一部切欠き平面図である。部分的に下部冷却板基材
4bを示している。上部冷却板基材4aと下部冷却板基
材4bとの合わせ面には、冷却管7が蛇行ループ状に埋
設して設けられている。その上部冷却板基材4aと下部
冷却板基材4bとの合わせ面の周辺部(4周辺部)、及
び中央部の蛇行した冷却管7の間隙部に、内部帯状FE
Pフィルム23をそれぞれ挿入配置する。そして、これ
らの内部帯状FEPフィルム23は、加熱圧着により上
下冷却板基材4a、4bと一体となる。
【0024】図3は、図2のA−A線に沿う断面図であ
り、加熱圧着前の状態を示している。上部冷却板基材4
a及び下部冷却板基材4bには、蛇行ループ溝5が加工
され、良熱伝導性充填材6が溝5の底部に注入されてい
る。その上に冷却管7が組み立てられ、充填材6は冷却
板4が加熱圧着されるときに、溝5と冷却管7との隙間
に充満するよう注入量が決められる。したがって、余分
な充填材6は逃がし溝5aにオーバーフローするように
なっている。
【0025】冷却板基板4の反合わせ面側には、それぞ
れガス不透過性セパレータ24とその外側にカーボンペ
ーパ20が積層され、それぞれの間に冷却板基材4とほ
ぼ同寸法の平面状FEPフィルム25、26が挿入され
ている。上部冷却板基材4aと下部冷却板基材4bとの
間に挿入される内部帯状FEPフィルム23、及びそれ
ぞれの冷却板基材4a、4bとガス不透過性セパレータ
24との間に挿入される平面状FEPフィルム25は、
冷却板基材4a、4bが中程度の気孔率のため、溶け込
み量と接触電気抵抗値を考慮し、それらのフィルム厚さ
は、0.02〜0.1mmとする。ガス不透過性セパレ
ータ24とカーボンペーパ20との間に挿入される平面
状FEPフィルム26は、カーボンペーパ20の気孔率
が比較的大きいので、同様に溶け込み量と接触電気抵抗
値を考慮し、そのフィルム厚さは0.1〜0.15mm
とする。
【0026】図4は、図3の加熱圧着後の断面図であ
る。上下冷却板基材4a、4b及びカーボンペーパ20
は、多孔質黒鉛化炭素板であり、ガス不透過性セパレー
タ24は高密度炭素板で構成している。したがって、帯
状FEPフィルム22、平面状FEPフィルム25、2
6は、加熱圧着により主にカーボンペーパ20と上下冷
却板基材4a、4bの気孔に溶け込み、冷却板基材4、
カーボンペーパ20及びガス不透過性セパレータ24を
一体化する。冷却板3の側面の帯状FEPフィルム22
は、冷却板基板4、カーボンペーパ20、ガス不透過性
セパレータ24及びFEPフィルム25、26と全厚さ
にわたって溶着されている。
【0027】図5は、加熱圧着後の冷却板3の端部断面
図である。加熱圧着で溶け出した帯状FEPフィルム2
2のバリ27を示している。バリ27は冷却板3のコー
ナ部が完全に帯状FEPフィルム22で覆われている状
態とした上で、隣接するセルスタック基材に局部的に許
容値以上の面圧を与えない範囲で形成されるようにす
る。バリ27aはカーボンペーパ20の上面に対し0〜
0.2mmの範図内に形成され、側面部のバリ27bは
水素ガスマニホールド18のシール面として悪影響を与
えない範囲として、平面よりの飛び出し許容寸法0〜1
mmとする。
【0028】以上のように構成された、本発明の実施の
形態では、電極基材14、15に保持されている電解質
は、上下面方向ではカーボンペーパ20の上部には惨み
込むが、カーボンペーパ20とガス不透過性セパレータ
24との間の平面状FEPフィルム26の溶融によりカ
ーボンペーパ20のガス不透過性セパレータ24よりは
FEP樹脂リッチになり、第1段の電解質浸透防止層に
なる。次に、ガス不透過性セパレータ24自身が第2の
電解質浸透防止層になり、さらに上下冷却基板4a、4
bとガス不透過性セパレータ24との間の平面状FE
Pフィルム25の溶融により、冷却基板4a、4bの表
層部が樹脂リッチ層になり、これが第3の電解質浸透防
止層になる。
【0029】また、冷却板3の側面部に付着したり、積
層方向に伝わってきた電解質に対しては、側面に加熱圧
着された厚手の帯状FEPフィルム22で冷却板3の表
面部のカーボンペーパ20の側面まで、厚さ方向全長に
わたって一体となつているため、完全に電解質の浸透を
防ぐことができる。すなわち、この実施の形態によれ
ば、冷却板3の内部への電解質の浸透防止ができ、電解
質付着による冷却管7の腐食や水洩れを防止でき、また
冷却板3の側面コーナ部も全面耐熱耐腐食性樹脂層で覆
われているため、酸素と接触することがなく電食も防ぐ
ことができる。したがって、冷却板3の品質を長期にわ
たって維持できることになる。
【0030】さらに隣接するセルスタックとの接触面で
ある冷却板3の上下面は、比較的柔軟な材料で出来たカ
ーボンペーパ20を用いているので、冷却板3に接する
セルスタックと密着させることができ、面圧の不均一に
よる電極基材14、15、冷却板3の破損や反応ガスの
洩れもなく、接触抵抗の増加や熱伝導の不均一と言った
問題のない信頼性の高い燃料電池スタックが提供でき
る。
【0031】以上説明したように、この実施の形態によ
る冷却板3により、燃料電池の運転において予想される
冷却板3内部への電解質の浸透による冷却管7の腐食と
局部的電位の発生による冷却板3の電食を防止すること
が可能となる。これにより、長期にわたって安定した運
転が可能な信頼性の高い燃料電池が提供できる。
【0032】以上の実施の形態では、耐熱耐腐食性樹脂
として、FEPフィルムを用いたものをしめしたが、同
様な機能としてのPFA(テトラフルオロエチレンーバ
ーフルオロアルキルビヒルエチレン共重合体)フィルム
を用いることも可能であり、フッ素樹脂を用いることも
可能である。
【0033】FEPフィルムを用いた時は、330℃前
後、PFAフィルムを用いた時は、350℃前後で加熱
圧着し、同時に上下側面を一体にする。そして、プレス
加圧により、FEPフィルム又はPFAフィルムは溶融
し、上下面(積層面)方向は冷却基板4、カーボンペー
パ20及びガス不透過性セパレータ24の気孔部に溶け
込む。そして、接触は黒鉛板同士とFEPフィルム又は
PFAフィルム同士の混合となる。側面部は圧着荷重が
少ないことと、厚手のため一部は冷却板3側面に溶け込
むが、ほとんどフィルム状態で残る。この様にして冷却
板3は耐熱性耐腐食性樹脂のフィルムによって、上下面
及び水素ガスマニホールド18のシール部より内側冷却
板側面を完全に覆うことになる。これにより、冷却板3
内へのリン酸等の電解質の浸透を防ぐことが可能とな
る。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料電池積層体の冷却板は、側面方向に対し、耐熱耐腐食
性樹脂層を設けることにより、燃料電池の運転において
予想される冷却板内部への電解質の浸透を防止すること
ができる。従って、電解質の浸透による冷却管の腐食と
部分電位の発生による冷却板の電食を防止することが可
能となり、長期にわたって安定した蝉転が可能な信頼性
の高い燃料電池が提供できる。
【0035】また、平面方向やセルスタックとの接触面
に対し、耐熱耐腐食性樹脂層を追加して設けた場合に
は、電解質の側面方向だけでなく上下面の浸透も防止す
るので、さらに信頼度が向上する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell cooling plate for cooling a fuel cell, which is laminated on a cell stack formed by stacking single cells. Is. In general, a fuel cell is a hydrogen rich gas (fuel gas) obtained by reforming natural gas, methane gas or the like.
And air, which is an oxidant, are supplied into the main body of the fuel cell to cause an electrochemical reaction through an electrolyte such as phosphoric acid to generate electric energy. In addition, an efficient energy generation system is realized by recovering and utilizing the thermal energy generated during the power generation of the fuel cell. Such a fuel cell has a laminated structure (cell stack structure) in which a plurality of single cells (hereinafter referred to as single cells) having the above-mentioned power generation function are laminated. FIG. 6 shows a cell stack structure of a conventional fuel cell.
The unit cell 1 of the fuel cell body comprises a matrix layer 11 holding an electrolyte, a fuel electrode 12 to which hydrogen as a fuel is supplied in the direction of arrow A, and an oxidant electrode 13 to which air is supplied in the direction of arrow B. And electrode base materials 14 and 15 with ribs, and a separator 16. Every time a large number of these single cells are stacked, the water cooling cooling plate 3 is stacked to form one sub-stack 2. A large number of sub-stacks 2 are stacked to form a cell stack. This cell stack has clamping plates 17 arranged at the top and the bottom and held. In four directions of this cell stack, a hydrogen gas manifold 18 and an air manifold 19 are mounted orthogonal to each other and facing each other. A cooling pipe 7 is embedded in the cooling plate 3, and one end of the cooling pipe 7 has a water supply header 8
The other end is connected to the drainage head 9 and the insulation hose 1 respectively.
0. As a result, the cooling water is circulated and supplied to the cooling pipe 7 to cool the fuel cell. As shown in FIG. 7, the cooling plate 3 is composed of two upper and lower cooling plate bases 4a and 4b, and a cooling pipe 7 is embedded in the cooling plate 3. That is, the groove 5 is formed in a meandering loop shape on the inner surface side of the upper cooling plate base material 4a and the lower cooling plate base material 4b, and the cooling pipe 7 is housed in the groove 5. In this case, the gap with the cooling pipe 7 made of metal is filled with the good thermal conductive filler 6. In the cell stack having such a configuration, since the cooling pipe is not inside the hydrogen gas manifold 18, the cooling pipe 7 does not come into direct contact with the electrolyte such as phosphoric acid. However, even in such a fuel cell, in the hydrogen gas manifold 18, the ribbed electrode base materials 14, 1 adjacent to the cooling plate 3 are provided.
The electrolyte of No. 5 permeates into the cooling plate 3 or adheres to the side surface of the cooling plate 3, permeates the relatively porous cooling plate base material 4 and reaches the cooling pipe 7 to corrode the cooling pipe 7 to corrode water. I have a concern about leakage. Further, according to the results of the research conducted so far, the side corners adjacent to the cooling plate 3 come into contact with oxygen to generate an electric potential, which is affected for a long period of time to cause electrolytic corrosion on the edge part of the end of the cooling plate 3. I also started to fear. An object of the present invention is to provide a cooling plate for a fuel cell which can prevent corrosion of a cooling pipe and electrolytic corrosion of a corner portion due to permeation of an electrolyte. According to a first aspect of the invention, a fuel cell formed by laminating a plurality of unit cells is laminated every time a predetermined number of unit cells are laminated to cool the fuel cell. A cooling plate for the upper and lower cooling plate bases, which are mounted in a pair of upper and lower cooling plates, and a cooling pipe embedded between the upper and lower cooling plate bases for passing cooling water. A band-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is provided on the four sides of the cooling plate, and gas impermeable separators are laminated on the opposite mating surface sides of the upper and lower cooling substrates, respectively, between the gas impermeable separator and the upper and lower cooling plate base materials. A heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is provided on the above, and they are heat-pressed at the same time to integrate the whole. According to the first aspect of the present invention, the strip-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layers provided on the four side surfaces of the cooling plate are thermocompression bonded to the side surface portions of the upper and lower cooling plate base materials to integrate the whole. This prevents the electrolyte from penetrating from the side surface and prevents electrolytic corrosion of the edge portion. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, gas impermeable separators are laminated on the opposite mating surface sides of the upper and lower cooling substrates, respectively, and a space between the gas impermeable separator and the upper and lower cooling plate substrates is provided. A heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is provided on the above, and they are simultaneously heat-pressed to be integrated as a whole, and in addition to the action of the invention of claim 1, further permeation of the electrolyte in the vertical direction of the cooling plate is further suppressed. [0012] The invention of claim 3 is claim 1 or claim 2.
In the invention of, the carbon paper is laminated on the gas-impermeable separator, the heat-corrosion-resistant resin layer is provided between the carbon paper and the gas-impermeable separator, and they are simultaneously heat-pressed so that the whole is integrated. It was done,
In addition to the action of the invention of claim 1 or claim 2, further permeation of the electrolyte in the vertical direction of the cooling plate is further suppressed. Further, it works to reduce the contact resistance. The invention of claim 4 is the invention of claims 1 to 3.
The heat-corrosion-resistant resin layer in the form of a strip is provided in the peripheral portion and the central portion between the upper and lower cooling plate base materials, and is thermocompression bonded to integrate the entire cooling plate base material. In addition to the action of the invention, the opening of the upper and lower cooling plate base materials is suppressed. The invention according to claim 5 is any one of claims 1 to 3.
In the invention described in (1), the heat and corrosion resistant resin layer is a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylbihilethylene copolymer, which maintains heat and corrosion resistance. According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the thickness of the heat and corrosion resistant resin layer provided between the upper and lower cooling substrates and between the upper and lower cooling plate base materials and the gas impermeable separator is 0. The thickness is set to 02 to 0.1 mm, which suppresses the permeation of the electrolyte in the vertical direction, satisfies the contact resistance with the cells stacked above and below, and has the sealing property with the gas manifold. Try not to interfere. The invention according to claim 7 is that in the invention according to claim 2, the thickness of the heat and corrosion resistant resin layer between the gas impermeable separator and the carbon paper is 0.1 to 0.15 mm. This further suppresses vertical penetration of the electrolyte. According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect, the thickness of the strip-shaped heat-corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate is 0.25 to 0.55 mm, and the polymer has a crystallinity. It is a material having a low resistance to cracks, has a crack resistance, and suppresses the electrolyte from penetrating in the lateral direction of the cooling plate to prevent electrolytic corrosion at the edge portion. According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the width of the strip-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate is made 1 to 3 mm larger than the entire thickness of the cooling plate. The heat-resistant resin on the side surface is surely welded, the contact resistance with the cells stacked one above the other is satisfied, and the sealability with the gas manifold is not hindered. According to a tenth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the melt-out of the belt-shaped heat-corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate after the thermocompression bonding is 0 to 1 mm in the horizontal direction,
The upper and lower surfaces are made to have a thickness of 0 to 0.2 mm to ensure the welding of the heat resistant resin and not to adversely affect the sealing surface. That is, the contact resistance with the cells stacked one above the other should be satisfied, and the sealability with the gas manifold should not be hindered. Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an overall perspective view of a cooling plate 3 according to an embodiment of the present invention. A carbon paper 20 is attached to the outer surface of the cooling plate 3. The peripheral portion 21 of the carbon paper 20 is densified to enhance the sealing effect. This prevents the reaction gas from leaking from the contact surface in contact with the cooling plate 3. It should be noted that this densification treatment may be performed as necessary, and may be omitted depending on the configuration of the cell stack laminated member. A strip-shaped FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer) film 22 is formed as a heat and corrosion resistant resin layer on the side surfaces (4 side surfaces) of the cooling plate 3.
Is heat-pressed. Since the side surface of the cooling plate 3 is not a current-carrying portion, the increase in contact resistance does not pose a problem even if the strip-shaped FEP film 22 is provided on the side surface. Also, the band-shaped FEP
When the thickness of the film 22 is about 0.5 mm or more, there is almost no permeation of phosphoric acid, which is the electrolyte. Therefore, the thickness of the strip-shaped FEP film 22 is 0.25 in the embodiment of the present invention. ˜0.55 mm, and the material is a polymer (L type) with low crystallinity, with an emphasis on mechanical strength, especially crack resistance. As the band-shaped FEP film 22,
If a commercially available product is used, its thickness should be 0.25 to
In order to make it 0.55 mm, a plurality of sheets may be stacked and used. The width of the strip-shaped FEP film 22 is set to be 1 to 3 mm larger than the width of the cooling plate 3 itself so as to eliminate the incompletely welded portion at the time of thermocompression bonding and prevent an excessive amount of melted out. . In addition, this strip-shaped FEP film 2
In both end portions of 2, the portions located outside the hydrogen gas manifold 18 (range of about 10 mm) are adjacent strip FEs.
The P films 22 and the side surfaces of the cooling plate may not be completely adhered. FIG. 2 is a partially cutaway plan view of cooling slope 7 according to the embodiment of the present invention. The lower cooling plate base material 4b is partially shown. A cooling pipe 7 is embedded and provided in a meandering loop shape on a mating surface between the upper cooling plate base material 4a and the lower cooling plate base material 4b. In the peripheral portion (4 peripheral portion) of the mating surface of the upper cooling plate base material 4a and the lower cooling plate base material 4b, and in the gap portion of the meandering cooling pipe 7 in the central part, the internal strip FE is formed.
The P films 23 are inserted and arranged. Then, these inner band-shaped FEP films 23 are integrated with the upper and lower cooling plate base materials 4a and 4b by thermocompression bonding. FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2 and shows a state before thermocompression bonding. Upper cooling plate base material 4
The meandering loop groove 5 is formed in the a and the lower cooling plate base material 4b, and the good thermal conductive filler 6 is injected into the bottom portion of the groove 5. The cooling pipe 7 is assembled thereon, and the filling amount of the filling material 6 is determined so as to fill the gap between the groove 5 and the cooling pipe 7 when the cooling plate 4 is thermocompression bonded. Therefore, the excess filling material 6 overflows into the escape groove 5a. A gas impermeable separator 24 and a carbon paper 20 are laminated on the opposite side of the cooling plate substrate 4 and the outside thereof, and a flat FEP having substantially the same size as the cooling plate substrate 4 is provided between them. Films 25 and 26 have been inserted. The inner strip-shaped FEP film 23 inserted between the upper cooling plate base material 4a and the lower cooling plate base material 4b, and between the respective cooling plate base materials 4a and 4b and the gas impermeable separator 24. The flat FEP film 25 is
Since the cooling plate base materials 4a and 4b have a medium porosity, the film thickness thereof is set to 0.02 to 0.1 mm in consideration of the penetration amount and the contact electric resistance value. Since the planar FEP film 26 inserted between the gas impermeable separator 24 and the carbon paper 20 has a relatively high porosity of the carbon paper 20, the penetration amount and the contact electric resistance value are taken into consideration in the same manner. Film thickness is 0.1-0.15mm
And FIG. 4 is a sectional view after the thermocompression bonding of FIG. Upper and lower cooling plate base materials 4a and 4b and carbon paper 20
Is a porous graphitized carbon plate, and the gas impermeable separator 24 is a high density carbon plate. Therefore, the strip FEP film 22, the flat FEP films 25, 2
6 is melted into the pores of the carbon paper 20 and the upper and lower cooling plate base materials 4a and 4b mainly by thermocompression bonding, and the cooling plate base material 4 is
The carbon paper 20 and the gas impermeable separator 24 are integrated. Band-shaped FEP film 22 on the side surface of the cooling plate 3
Is welded to the cooling plate substrate 4, the carbon paper 20, the gas impermeable separator 24, and the FEP films 25 and 26 over the entire thickness. FIG. 5 is a sectional view of the end portion of the cooling plate 3 after thermocompression bonding. Band-shaped FEP film 2 melted by hot pressing
Two burrs 27 are shown. The burr 27 is formed in a range in which the corner portion of the cooling plate 3 is completely covered with the band-shaped FEP film 22 and the adjacent cell stack base material is not locally applied with a surface pressure higher than the allowable value. To do so. The burr 27a is 0 to the upper surface of the carbon paper 20.
The burrs 27b formed on the side face are formed within the range of 0.2 mm, and the allowable range of the protrusions 0-1 from the plane is as a range that does not adversely affect the sealing surface of the hydrogen gas manifold 18.
mm. In the embodiment of the present invention configured as described above, the electrolyte held by the electrode base materials 14 and 15 dents into the upper portion of the carbon paper 20 in the vertical direction, but By melting the planar FEP film 26 between the paper 20 and the gas impermeable separator 24, the carbon paper 20 becomes richer in FEP resin than the gas impermeable separator 24, and becomes the electrolyte permeation preventive layer of the first stage. Next, the gas impermeable separator 24 itself becomes the second electrolyte permeation preventive layer, and the upper and lower cooling substrates 4a, 4
b between the b and the gas impermeable separator 24
Due to the melting of the P film 25, the surface layer portions of the cooling substrates 4a and 4b become a resin rich layer, and this becomes a third electrolyte permeation prevention layer. For the electrolyte attached to the side surface of the cooling plate 3 or transmitted in the stacking direction, the carbon paper on the surface of the cooling plate 3 is formed by the thick strip-shaped FEP film 22 which is thermocompression bonded to the side surface. It is possible to completely prevent the permeation of the electrolyte, since it is integrated over the entire length in the thickness direction up to the side surface of 20. That is, according to this embodiment, it is possible to prevent the electrolyte from penetrating into the inside of the cooling plate 3, to prevent the corrosion and water leakage of the cooling pipe 7 due to the adhesion of the electrolyte, and also to prevent the side surface of the cooling plate 3 from being entirely heat-resistant. Since it is covered with the corrosion-resistant resin layer, it does not come into contact with oxygen and can prevent electrolytic corrosion. Therefore, the quality of the cooling plate 3 can be maintained for a long period of time. Further, since carbon paper 20 made of a relatively flexible material is used for the upper and lower surfaces of the cooling plate 3 which are the contact surfaces with the adjacent cell stacks, it is necessary to bring them into close contact with the cell stack in contact with the cooling plate 3. The fuel is highly reliable and free from problems such as damage to the electrode substrates 14 and 15 and the cooling plate 3 due to uneven surface pressure and no leakage of reaction gas, and increase in contact resistance and uneven heat conduction. A battery stack can be provided. As described above, with the cooling plate 3 according to this embodiment, cooling due to corrosion of the cooling pipe 7 due to the permeation of the electrolyte into the cooling plate 3 expected in the operation of the fuel cell and generation of a local potential. It is possible to prevent electrolytic corrosion of the plate 3. As a result, a highly reliable fuel cell capable of stable operation over a long period of time can be provided. In the above-mentioned embodiments, the FEP film is used as the heat and corrosion resistant resin. However, a PFA (tetrafluoroethylene-fluorofluoroalkylbihilethylene copolymer) film having the same function is used. It is also possible to use, and it is also possible to use a fluororesin. When an FEP film is used, it is heated and pressed at about 330 ° C., and when a PFA film is used, it is heated and pressed at about 350 ° C., and at the same time, the upper and lower side surfaces are integrated. Then, the FEP film or the PFA film is melted by pressurization and melts into the pores of the cooling substrate 4, the carbon paper 20 and the gas impermeable separator 24 in the upper and lower surfaces (lamination surface) direction. Then, the contact is a mixture of graphite plates and FEP films or PFA films. Since the side surface portion has a small pressure-bonding load and is thick, a part thereof melts into the side surface of the cooling plate 3, but almost all remains in a film state. In this way, the cooling plate 3 is completely covered with the film of the heat-resistant and corrosion-resistant resin on the upper and lower surfaces and the side surface of the cooling plate inside the sealing portion of the hydrogen gas manifold 18. Thereby, the cooling plate 3
It is possible to prevent the penetration of electrolytes such as phosphoric acid into the interior. As described above, according to the present invention, the cooling plate of the fuel cell stack is provided with the heat-resistant and corrosion-resistant resin layer in the lateral direction so that the cooling plate of the fuel cell can be operated during operation of the fuel cell. It is possible to prevent the electrolyte from penetrating into the inside of the cooling plate. Therefore, it is possible to prevent the corrosion of the cooling pipe due to the permeation of the electrolyte and the electrolytic corrosion of the cooling plate due to the generation of the partial potential, and it is possible to provide a highly reliable fuel cell capable of stable cicada rotation for a long period of time. Further, when the heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is additionally provided on the plane direction or the contact surface with the cell stack, not only the side direction of the electrolyte but also the upper and lower surfaces are prevented from permeating. Improves reliability.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による冷却板の斜視図。
【図2】本発明の実施の形態による冷却板の正面図。
【図3】図2のA−A線に沿う冷却板の加熱圧着前の断
面図。
【図4】図2のA−A線に沿う冷却板の加熱圧着後の断
面図。
【図5】本発明の実施の形態における冷却板のコーナ部
の加熱圧着後の断面図。
【図6】従来のセルスタック構造図を示す斜視図。
【図7】従来の冷却板の断面図。
【符号の説明】
1 単セル
2 サブスタック
3 冷却板
4 冷却板基材
5 溝
6 充填材
7 冷却管
8 給水ヘッド
9 排水ヘッド
10 絶縁ホース
11 マトリックス層
12 燃料極
13 酸化剤極
14、15 リブ付き電極基材
16 セパレータ
17 締め付け板
18 水素ガスマニホールド
19 空気マニホールド
20 カーボンペーパ
21 周辺部
22 帯状FEPフィルム
23 内部帯状FEPフィルム
24 ガス不透過性セパレータ
25、26 平面状FEPフィルム
27 バリBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a cooling plate according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the cooling plate according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cooling plate taken along the line AA in FIG. 2 before thermocompression bonding. 4 is a cross-sectional view of the cooling plate taken along the line AA of FIG. 2 after thermocompression bonding. FIG. 5 is a sectional view of the corner portion of the cooling plate after thermocompression bonding according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing a conventional cell stack structure diagram. FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional cooling plate. [Description of Reference Signs] 1 single cell 2 sub-stack 3 cooling plate 4 cooling plate base material 5 groove 6 filler 7 cooling pipe 8 water supply head 9 drainage head 10 insulating hose 11 matrix layer 12 fuel electrode 13 oxidizer electrode 14, 15 rib Electrode base material 16 Separator 17 Tightening plate 18 Hydrogen gas manifold 19 Air manifold 20 Carbon paper 21 Peripheral part 22 Strip FEP film 23 Internal strip FEP film 24 Gas impermeable separator 25, 26 Planar FEP film 27 Burr
フロントページの続き (72)発明者 田中 和久 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 金野 敏郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 東芝アイテック株式会社内Continuation of front page (72) Inventor Kazuhisa Tanaka 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office (72) Inventor Toshiro Kanano 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba I-Tech Co., Ltd.
Claims (1)
電池の前記単セルが所定枚数積層される毎に積層され前
記燃料電池を冷却するための冷却板であって、上下2つ
合わせに取り付けられた上下冷却板基材と、この上下冷
却板基材の間に埋設して設けられ冷却水を通すための冷
却管とから構成される冷却板において、冷却板側面の4
面に帯状の耐熱耐食性樹脂層を設け、それらを同時に加
熱圧着し全体を一体化することを特徴とする燃料電池の
冷却板。 【請求項2】 前記上下冷却基板の反合わせ面側にそれ
ぞれガス不透過性セパレータを積層し、前記ガス不透過
性セパレータと前記上下冷却板基材との間に耐熱耐食性
樹脂層を設け、それらを同時に加熱圧着し全体を一体化
することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の冷却
板。 【請求項3】 前記ガス不透過性セパレータの上にカー
ボンペーパを積層し、前記カーボンペーパと前記ガス不
透過性セパレータとの間に耐熱耐食性樹脂層を設け、そ
れらを同時に加熱圧着し全体を一体化することを特徴と
する請求項1又は請求項2に記載の燃料電池の冷却板。 【請求項4】 前記上下冷却板基材間の周辺部と中央部
に帯状の耐熱耐食性樹脂層を設け、加熱圧着し冷却板基
材全体を一体化したことを特徴とする請求項1乃至請求
項3に記載の燃料電池の冷却板。 【請求項5】 前記耐熱耐食性樹脂層は、テトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体又はテ
トラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビヒルエ
チレン共重合体を含むことを特徴とする請求項1乃至4
記載の燃料電池の冷却板。 【請求項6】 前記上下冷却基板間、及び前記上下冷却
板基材と前記ガス不透過性セパレータとの間に設ける前
記耐熱耐食性樹脂層の厚さは、0.02〜0.1mmと
したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の冷却
板。 【請求頃7】 前記ガス不透過性セパレータとカーボン
ペーパとの間の耐熱耐食性樹脂層の厚さは、0.1〜
0.15mmとしたをことを特徴とする請求項2記載の
燃料電池の冷却板。 【請求項8】 前記冷却板側面に設けられた帯状の耐熱
耐食性樹脂層の厚さは、0.25〜0.55mmとし、
高分子で結晶化度が低くい材料としたことを特徴とする
請求項1に記載の燃料電池の冷却板。 【請求項9】 前記冷却板側面に設ける帯状の耐熱耐食
性樹脂層の幅は、冷却板全体厚さより1〜3mm大きく
したことを特徴とする請求頃1に記載の燃料電池の冷却
板。 【請求項10】 前記冷却板側面に設ける帯状の耐熱耐
食性樹脂層の加熱圧着後の溶け出しは、水平方向には0
〜1mmとし、上下面へは0〜0.2mmとしたことを
特徴とする請求項1に記載の燃料電池の冷却板。Claim: What is claimed is: 1. A cooling plate for cooling a fuel cell, the fuel cell being formed by stacking a plurality of single cells, the stack being stacked every time a predetermined number of the single cells are stacked. And a cooling plate comprising upper and lower cooling plate base materials mounted in a pair of upper and lower sides, and a cooling pipe embedded between the upper and lower cooling plate base materials for passing cooling water. 4 on the side
A cooling plate for a fuel cell, characterized in that a belt-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is provided on a surface thereof, and they are simultaneously heat-pressed to be integrated as a whole. 2. A gas impermeable separator is laminated on each of the opposite mating surface sides of the upper and lower cooling substrates, and a heat resistant and corrosion resistant resin layer is provided between the gas impermeable separator and the upper and lower cooling plate base materials. 2. The cooling plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling plates are heated and pressure-bonded at the same time to integrate the whole. 3. A carbon paper is laminated on the gas impermeable separator, a heat and corrosion resistant resin layer is provided between the carbon paper and the gas impermeable separator, and they are heated and pressure bonded at the same time to form an integrated body. The cooling plate for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein 4. A belt-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layer is provided in a peripheral portion and a central portion between the upper and lower cooling plate base materials, and is thermocompression bonded to integrate the entire cooling plate base material. Item 5. A cooling plate for a fuel cell according to item 3. 5. The heat and corrosion resistant resin layer contains a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylbihiruethylene copolymer.
The cooling plate for the fuel cell described. 6. The thickness of the heat and corrosion resistant resin layer provided between the upper and lower cooling substrates and between the upper and lower cooling plate base materials and the gas impermeable separator is 0.02 to 0.1 mm. The cooling plate for a fuel cell according to claim 1, wherein: 7. The thickness of the heat and corrosion resistant resin layer between the gas impermeable separator and the carbon paper is 0.1 to 10.
The cooling plate for a fuel cell according to claim 2, wherein the cooling plate has a thickness of 0.15 mm. 8. The strip-shaped heat-corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate has a thickness of 0.25 to 0.55 mm,
The cooling plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling plate is a polymer and has a low crystallinity. 9. The cooling plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the width of the belt-shaped heat-resistant and corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate is 1 to 3 mm larger than the total thickness of the cooling plate. 10. The melt-out of the strip-shaped heat-corrosion-resistant resin layer provided on the side surface of the cooling plate after thermocompression bonding is 0 in the horizontal direction.
The cooling plate of the fuel cell according to claim 1, wherein the cooling plate has a width of ˜1 mm and a height of 0 to 0.2 mm on the upper and lower surfaces.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8086073A JPH09259899A (en) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | Cooling plate of fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8086073A JPH09259899A (en) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | Cooling plate of fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09259899A true JPH09259899A (en) | 1997-10-03 |
Family
ID=13876535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8086073A Pending JPH09259899A (en) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | Cooling plate of fuel cell |
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JP (1) | JPH09259899A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003505824A (en) * | 1999-07-20 | 2003-02-12 | インターナショナル フュエル セルズ,エルエルシー | Humidifier for fuel cell power equipment |
WO2013062520A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | Utc Power Corporation | Molded coolant plate assembly with integral reactant flow fields and thermal dam |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP8086073A patent/JPH09259899A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003505824A (en) * | 1999-07-20 | 2003-02-12 | インターナショナル フュエル セルズ,エルエルシー | Humidifier for fuel cell power equipment |
WO2013062520A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | Utc Power Corporation | Molded coolant plate assembly with integral reactant flow fields and thermal dam |
US9685666B2 (en) | 2011-10-25 | 2017-06-20 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Molded coolant plate assembly with integral reactant flow fields and thermal dam |
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