JPH1197040A - 燃料電池用セルユニット - Google Patents

燃料電池用セルユニット

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JPH1197040A
JPH1197040A JP9256370A JP25637097A JPH1197040A JP H1197040 A JPH1197040 A JP H1197040A JP 9256370 A JP9256370 A JP 9256370A JP 25637097 A JP25637097 A JP 25637097A JP H1197040 A JPH1197040 A JP H1197040A
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耕司 安尾
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泰夫 三宅
Koji Nishio
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池におけるセルユニットに関して、燃
料流路におけるシール部材の必要個数を減らすことによ
り製造工程の簡素化を達成し、また修理やメンテナンス
を容易に行なえるようにする。 【解決手段】 平板状基板の一方の面領域に矩形の開口
を有する凹部33を開設し、該凹部の底面330に沿って燃
料室30が設けられた燃料プレート３と、板状又は膜状の
電解質20の一方の面にアノード21、他方の面にカソード
22が形成されたセルを有し、前記凹部33に嵌まる大きさ
に形成されたセルプレート２と、平板状基板の一方の面
側に酸化剤室40が設けられ、前記凹部33に嵌まる大きさ
に形成された酸化剤プレート４を具える。セルプレート
２と酸化剤プレート４は、前記アノード21側に前記燃料
室30、前記カソード22側に前記酸化剤室40が位置するよ
うに、前記凹部33に配置され、かつ凹部33の中に収容さ
れるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セルユ
ニットの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃料電池用のセルユニットは、
図７に示すように、板状又は膜状の電解質(20)の一方の
面にアノード(21)、他方の面にカソード(22)を形成した
セル(24)を有するセルプレート(２)に対し、アノード側
に水素ガス等の燃料ガスの流通する燃料室(30)を有する
燃料プレート(３)、カソード側に空気等の酸化剤ガスの
流通する酸化剤室(40)を有する酸化剤プレート(４)を配
置して構成される。燃料電池には、前記構成のセルユニ
ット(10)を多数積層したものが使用される。
【０００３】燃料電池は、外部から供給された燃料ガス
を各燃料プレート(３)の燃料室(30)に均等に供給し、燃
料室(30)を通過した燃料ガスを外部に排出する燃料流路
を具える。該燃料流路は、セルユニット(10)の内部に形
成される場合と、外部に形成される場合とがある。同様
に、燃料電池は、外部から供給された酸化剤ガスを各酸
化剤プレート(４)の酸化剤室(40)に均等に供給し、酸化
剤室(40)を通過した酸化剤ガスを外部に排出する酸化剤
流路を具え、該酸化剤流路は、セルユニット(10)の内部
に形成される場合と、外部に配備される場合とがある。
図７では、燃料流路がセルユニット(10)の内部に形成さ
れる場合を示している。図７では、燃料流路として、燃
料プレート(３)および酸化剤プレート(４)を貫通すると
共に燃料プレート(３)の燃料室(30)に連通し、燃料ガス
を燃料室(30)に供給する燃料供給路(31)(90)と、燃料プ
レート(３)および酸化剤プレート(４)を貫通すると共に
燃料プレート(３)の燃料室(30)に連通し、燃料室(30)を
通過した燃料ガスを排出する燃料排出路(32)(91)とが示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図７に示すように、燃
料プレート(３)の燃料供給路(31)と酸化剤プレート(４)
の燃料供給路(90)の間、および、燃料プレート(３)の燃
料排出路(32)と酸化剤プレート(４)の燃料排出路(91)の
間には、燃料ガスの漏洩を防止するシール部材(５)が配
備される。ところで、シール部材を設けようとすると、
シール溝の加工とシール部材の取付作業に工数を要し、
製造コストの上昇を招くため、できるだけシール部材の
必要箇所を少なくすることが望ましい。
【０００５】燃料流路におけるシール部材(５)の設置個
数を少なくするために、図８に示すように、隣接するセ
ルユニット(10)の燃料プレート(３)と酸化剤プレート
(４)を一体形成したバイポーラプレート(８)を使用する
ものがある。この方式であれば、隣接するセルユニット
(10)の燃料プレート(３)と酸化剤プレート(４)の間のシ
ール部材(５)が不要となるから、燃料流路におけるシー
ル部材(５)の必要個数を減らすことができる。しかしな
がら、バイポーラプレート(８)を用いて燃料電池を製造
する際には、セルプレート(２)とバイポーラプレート
(８)を交互に積層する。このとき、セルプレート(２)
は、隣接するバイポーラプレート(８)に接着する。従っ
て、セルを交換する必要が生じたとき、セルプレート
(２)をバイポーラプレート(８)から剥がさねばならず、
セルの修理や保守が困難となる。また、交換されたセル
は、バイポーラプレート(８)への取付状況によって性能
が変化する虞れがあり、燃料電池全体の性能が不安定と
なる。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、燃料流路におけるシール部材
の必要個数を減らして製造工程の簡素化を達成し、また
修理やメンテナンスを容易に行なえるようにした燃料電
池用セルユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載された燃料電池用セルユニ
ット(１)は、平板状基板の一方の面領域に矩形の開口を
有する凹部(33)を開設し、該凹部の底面(330)に沿って
燃料室(30)が設けられた燃料プレート(３)と、板状又は
膜状の電解質(20)の一方の面にアノード(21)、他方の面
にカソード(22)が形成されたセル(24)を有し、燃料プレ
ート(３)の凹部(33)に嵌まる大きさに形成されたセルプ
レート(２)と、平板状基板の一方の面側に酸化剤室(40)
が設けられ、燃料プレート(３)の凹部(33)に嵌まる大き
さに形成された酸化剤プレート(４)を具えており、セル
プレート(２)と酸化剤プレート(４)は、セルプレート
(２)のアノード(21)側に燃料プレート(３)の燃料室(3
0)、カソード(22)側に酸化剤プレート(４)の酸化剤室(4
0)が位置するように、燃料プレート(３)の凹部(33)に配
置され、かつ該凹部の中に収容されるよう構成したもの
である。
【０００８】
【作用及び効果】請求項１に記載の発明は、図７に示す
従来のセルユニット(10)と比べて、燃料プレート(３)と
酸化剤プレート(４)の間に設けられていたシール部材
(５)を省略できるため、シール部材の必要個数を少なく
できる。また、図８に示す従来のセル積層体の場合に
は、セルプレート(２)とバイポーラプレート(８)を交互
に積層していくのに対し、本発明では、セルユニット
(１)を積み重ねていくから、セルプレート(２)の交換が
生じた場合には、セルユニット(１)ごと交換すればよい
し、また、セルユニット(１)毎に電池性能を確認でき
る。その結果、燃料電池の修理や保守が容易となり、燃
料電池の性能の安定性を向上できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、燃料電池用セルユニット(１)を示す
組立断面図である。一般に、燃料電池におけるセルユニ
ットは、板状又は膜状の電解質(20)の一方の面にアノー
ド(21)、他方の面にカソード(22)を形成したセルプレー
ト(２)と、セルプレート(２)のアノード側に配備される
燃料プレート(３)と、セルプレート(２)のカソード側に
配備される酸化剤プレート(４)とを具える。燃料プレー
ト(３)は、水素ガス等の燃料ガスの流通する燃料室(30)
を有し、酸化剤プレート(４)は、空気等の酸化剤ガスの
流通する酸化剤室(40)を有する。燃料電池には、前記セ
ルユニットを多数積層したものが使用される。
【００１０】燃料電池は、外部から供給された燃料ガス
を各燃料プレート(３)の燃料室（３０）に均等に供給
し、燃料室（３０）を通過した燃料ガスを外部に排出す
る燃料流路を具える。燃料流路は、セルユニットの内部
に形成される場合と、外部に形成される場合とがある。
同様に、燃料電池は、外部から供給された酸化剤ガスを
各酸化剤プレート(４)の酸化剤室(40)に均等に供給し、
酸化剤室(40)を通過した酸化剤ガスを外部に排出する酸
化剤流路を具え、該酸化剤流路は、セルユニットの内部
に形成される場合と、外部に配備される場合とがある。
【００１１】図１に示すセルユニット(１)では、燃料流
路がセルユニット(１)の内部に形成される場合を示して
おり、燃料プレート(３)の上端部には、外部から供給さ
れた燃料ガスが通過する燃料供給孔(311)が開設され、
下端部には、燃料プレート(３)から排出される水素ガス
が通過する燃料排出孔(321)が開設される。燃料プレー
ト(３)は、燃料供給孔(311)と燃料排出孔(321)の間であ
って、一方の面領域（図では左側）に矩形の凹部(33)が
開設され、該凹部(33)の底面(330)に燃料室(30)が形成
され、燃料室(30)と燃料供給孔(311)および燃料排出孔
(321)とを連通する燃料供給通路(312)(322)が形成され
る。セルプレート(２)は、アノード(21)が燃料室(30)と
接触するように凹部(33)に収容され、次に、酸化剤プレ
ート(４)は、酸化剤室(40)がセルプレート(２)のカソー
ド(22)と接触するように凹部(33)に収容されて、セルユ
ニット(１)が完成する。隣接するセルユニット(１)(１)
の燃料供給孔(311)(311)の間と燃料排出孔(321)(321)の
間に、それぞれシール部材(５)を配備しながら、セルユ
ニット(１)を積層することにより、燃料電池のセル積層
体が形成される。
【００１２】図２および図３は、固体高分子型燃料電池
用セルユニット(１)を示している。このセルユニット
(１)においても、図１と同様に、燃料プレート(３)の上
部両側には、外部から供給された水素ガスが通過する燃
料供給孔(311)(311)が開設され、下部両側には、燃料プ
レート(３)から排出される水素ガスが通過する燃料排出
孔(321)(321)が開設される。ところで、固体高分子型燃
料電池では、固体高分子膜(200)を湿潤状態に保つ必要
がある。従って、燃料プレート(３)には、燃料供給孔(3
11)(311)に下方へ隣接して、外部からの供給水が通過す
る水供給孔(351)(351)が開設される。なお、後述するよ
うに、供給される水素ガスおよび水は、燃料供給通路(3
13)にて混合され、該混合物が燃料室(30)を通過して排
出されるから、燃料排出孔(321)(321)では、燃料プレー
ト(３)から排出される気液混合物が通過することにな
る。
【００１３】燃料プレート(３)は、燃料供給孔(311)(31
1)および水供給孔(351)(351)と、燃料排出孔(321)(321)
との間であって、一方の面領域（図では前面側）に矩形
の凹部(33)が開設される。該凹部(33)の底面(330)には
複数のリブ(300)が並設され、燃料ガスが流通する溝か
らなる燃料室(30)が形成される。
【００１４】燃料プレート(３)は、燃料供給孔(311)(31
1)の間に横長の燃料供給溝(312)が開設され、該燃料供
給溝(312)の底部から、リブ(300)の間の各溝へ連通する
燃料供給通路(313)が形成される。同様に、燃料排出孔
(321)(321)の間には、横長の燃料排出溝(322)が開設さ
れ、燃料排出溝(322)の底部から、リブ(300)の間の各溝
へ連通する燃料排出通路(323)が形成される。また、水
供給孔(351)(351)の間には、横長の水供給溝(352)が開
設され、該水供給溝(352)の底部は燃料供給通路(313)に
連通している。従って、燃料供給孔(311)(311)から燃料
供給溝(312)に流れてきた水素ガスは、燃料供給通路(31
3)に送られ、燃料供給通路(313)において、水供給孔(35
1)(351)から水供給溝(352)に流れてきた水と混合されて
気液混合物となり、該気液混合物が燃料室(30)に送られ
る。燃料室(30)を通過した気液混合物は、燃料排出通路
(323)および燃料排出溝(322)を通って、燃料排出孔(32
1)(321)に送られる。
【００１５】燃料プレート(３)の凹部(33)の周縁には、
シール部材(５)として、板状のガスケット(50)が配備さ
れる。同様に、酸化剤プレート(４)においてセルプレー
ト(２)と対向する面の周縁には、シール部材(５)とし
て、板状のガスケット(51)が配備される。セルプレート
(２)は、アノード(21)が燃料プレート(３)のリブ(300)
と接触し、周縁がガスケット(50)と接触するように燃料
プレート(３)の凹部(33)に収容される。次に、酸化剤プ
レート(４)は、リブ(400)がセルプレート(２)のカソー
ド(22)と接触し、ガスケット(51)がセルプレート(２)の
周縁と接触するように凹部(33)に収容されて、セルユニ
ット(１)が完成する。このように形成されたセルユニッ
ト(１)において、燃料供給孔(311)(311)および燃料供給
溝(312)の周囲と水供給孔(351)(351)および水供給溝(35
2)の周囲に、シール部材(５)として、Ｏ−リング(52)を
配備し、燃料排出孔(321)(321)および燃料排出溝(322)
の周囲に、シール部材(５)として、Ｏ−リング(53)を配
備し、さらに、水素ガスと空気の混合を防止するため
に、セルユニット(１)上に仕切板(６)を配備してから、
該セルユニット(１)上に新たなセルユニット(１)を積み
重ね、これを繰り返して燃料電池のセル積層体が形成さ
れる。
【００１６】なお、本実施例では、燃料プレート(３)の
凹部(33)が左右両端まで開設されているから、燃料プレ
ート(３)に対して、セルプレート(２)および酸化剤プレ
ート(４)とが左右方向にずれる虞れがある。そこで、図
４に示すように、左右方向への移動阻止手段として、燃
料プレート(３)の凹部(33)の隅部に突出片(39)(39)を設
け、酸化剤プレート(４)において該突出片(39)(39)と対
向する位置に切欠き(49)(49)を形成することが望まし
い。また、突出片(39)(39)および切欠き(49)(49)を設け
ることにより、燃料プレート(３)の凹部(33)に酸化剤プ
レート(４)を正確かつ容易に収容することができる。
【００１７】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。
【００１８】例えば、上記実施形態では、燃料流路がセ
ルユニット(１)の内部に形成される場合について説明し
てきたが、本発明は、酸化剤流路がセルユニット(１)の
内部に形成される場合についても適用できる。この場
合、図５に示すように、酸化剤プレート(４)に凹部(43)
が開設され、該凹部(43)の底面(430)に沿って酸化剤室
(40)が設けられ、該凹部(43)にセルプレート(２)および
燃料プレート(３)が収容される。この場合も上記実施形
態と同様の効果を得ることができる。
【００１９】また、上記実施形態では、燃料プレート
(３)および酸化剤プレート(４)に分離したものを使用し
たが、図６に示すように、平板状基板の両方の面領域に
それぞれ矩形の開口を有する第１と第２の凹部(72)(73)
を開設したバイポーラプレート(７)を使用することもで
きる。この場合、セルユニット(１)は、バイポーラプレ
ート(７)と、バイポーラプレート(７)の凹部(72)(73)に
嵌まる大きさに形成された第１及び第２のセルプレート
(2a)(2b)と、バイポーラプレート(７)の第２の凹部(73)
に嵌まる大きさに形成された燃料プレート(３)と、バイ
ポーラプレート(７)の第１の凹部(72)に嵌まる大きさに
形成された酸化剤プレート(４)により構成される。
【００２０】バイポーラプレート(７)には、第１の凹部
(72)の底面(720)に沿って燃料室(70)が設けられ、第２
の凹部(73)の底面(730)に沿って酸化剤室(71)が設けら
れており、燃料プレート(３)には、一方の面側に燃料室
(30)が設けらており、酸化剤プレート(４)には、一方の
面側に酸化剤室(40)が設けられる。第１のセルプレート
(2a)と酸化剤プレート(４)は、セルプレート(2a)のアノ
ード(21)側にバイポーラプレート(７)の燃料室(70)、カ
ソード(22)側に酸化剤プレート(４)の酸化剤室(40)が位
置するように、バイポーラプレート(７)の第１の凹部(7
2)に配置され、かつ該第１の凹部(72)の中に収容され
る。また、第２のセルプレート(2b)と燃料プレート(３)
は、セルプレート(2b)のカソード(22)側にバイポーラプ
レート(７)の酸化剤室(71)、アノード(21)側に燃料プレ
ート(３)の燃料室(30)が位置するように、バイポーラプ
レート(７)の第２の凹部(73)に配置され、かつ該第２の
凹部(73)の中に収容される。バイポーラプレートの両面
に凹部を形成したセルユニット(１)は、シール部材の必
要数をさらに少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す組立断面図である。
【図２】本発明を用いた固体高分子型燃料電池を示す組
立斜視図である。
【図３】本発明を用いた固体高分子型燃料電池を示す組
立断面図である。
【図４】図２に移動阻止手段を設けた組立斜視図であ
る。
【図５】酸化剤プレートに凹部を設けた実施形態を示す
組立断面図である。
【図６】バイポーラプレートを用いた実施形態を示す組
立断面図である。
【図７】従来のセルユニットを示す組立断面図である。
【図８】バイポーラプレートを用いた従来のセルユニッ
トを示す組立断面図である。
【符号の説明】
(１) セルユニット (２) セルプレート (３) 燃料プレート (４) 酸化剤プレート (30) 燃料室 (33)(43)(72)(73) 凹部 (40) 酸化剤室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池におけるセルユニットであっ
    て、平板状基板の一方の面領域に矩形の開口を有する凹
    部(33)を開設し、該凹部の底面(330)に沿って燃料室(3
    0)が設けられた燃料プレート(３)と、 板状又は膜状の電解質(20)の一方の面にアノード(21)、
    他方の面にカソード(22)が形成されたセル(24)を有し、
    燃料プレート(３)の凹部(33)に嵌まる大きさに形成され
    たセルプレート(２)と、 平板状基板の一方の面側に酸化剤室(40)が設けられ、燃
    料プレート(３)の凹部(33)に嵌まる大きさに形成された
    酸化剤プレート(４)を具えており、 セルプレート(２)と酸化剤プレート(４)は、セルプレー
    ト(２)のアノード(21)側に燃料プレート(３)の燃料室(3
    0)、カソード(22)側に酸化剤プレート(４)の酸化剤室(4
    0)が位置するように、燃料プレート(３)の凹部(33)に配
    置され、かつ該凹部の中に収容されるよう構成したこと
    を特徴とする燃料電池用セルユニット。
  2. 【請求項２】 燃料電池におけるセルユニットであっ
    て、 平板状基板の一方の面領域に矩形の開口を有する凹部(4
    3)を開設し、該凹部の底面(430)に沿って酸化剤室(40)
    が設けられた酸化剤プレート(４)と、 板状又は膜状の電解質(20)の一方の面にアノード(21)、
    他方の面にカソード(22)が形成されたセル(24)を有し、
    酸化剤プレート(４)の凹部(43)に嵌まる大きさに形成さ
    れたセルプレート(２)と、 平板状基板の一方の面側に燃料室(30)が設けられ、酸化
    剤プレート(４)の凹部(43)に嵌まる大きさに形成された
    燃料プレート(３)を具えており、 セルプレート(２)と燃料プレート(３)は、セルプレート
    (２)のカソード(22)側に酸化剤プレート(４)の酸化剤室
    (40)、アノード(21)側に燃料プレート(３)の燃料室(30)
    が位置するように、酸化剤プレート(４)の凹部(43)に配
    置され、かつ該凹部の中に収容されるよう構成したこと
    を特徴とする燃料電池用セルユニット。
  3. 【請求項３】 燃料電池におけるセルユニットであっ
    て、 平板状基板の両方の面領域にそれぞれ矩形の開口を有す
    る第１と第２の凹部(72)(73)を開設し、第１の凹部(72)
    の底面(720)に沿って燃料室(70)が設けられ、第２の凹
    部(73)の底面(730)に沿って酸化剤室(71)が設けられた
    バイポーラプレート(７)と、 板状又は膜状の電解質(20)の一方の面にアノード(21)、
    他方の面にカソード(22)が形成されたセル(24)を有し、
    バイポーラプレート(７)の凹部(72)(73)に嵌まる大きさ
    に形成された第１及び第２のセルプレート(2a)(2b)と、 平板状基板の一方の面側に燃料室(30)が設けられ、バイ
    ポーラプレート(７)の第２の凹部(73)に嵌まる大きさに
    形成された燃料プレート(３)と、 平板状基板の一方の面側に酸化剤室(40)が設けられ、バ
    イポーラプレート(７)の第１の凹部(72)に嵌まる大きさ
    に形成された酸化剤プレート(４)を具えており、 第１のセルプレート(2a)と酸化剤プレート(４)は、セル
    プレート(2a)のアノード(21)側にバイポーラプレート
    (７)の燃料室(70)、カソード(22)側に酸化剤プレート
    (４)の酸化剤室(40)が位置するように、バイポーラプレ
    ート(７)の第１の凹部(72)に配置され、かつ該第１の凹
    部(72)の中に収容され、 第２のセルプレート(2b)と燃料プレート(３)は、セルプ
    レート(2b)のカソード(22)側にバイポーラプレート(７)
    の酸化剤室(71)、アノード(21)側に燃料プレート(３)の
    燃料室(30)が位置するように、バイポーラプレート(７)
    の第２の凹部(73)に配置され、かつ該第２の凹部(73)の
    中に収容されるように構成したことを特徴とする燃料電
    池用セルユニット。
  4. 【請求項４】 燃料プレート(３)及び酸化剤プレート
    (４)には、何れか一方又は両方のプレートが表面と平行
    な方向に移動するのを阻止する手段が形成されている請
    求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池用セルユ
    ニット。
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