KR101793804B1 - 연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지 - Google Patents

연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101793804B1
KR101793804B1 KR1020157026276A KR20157026276A KR101793804B1 KR 101793804 B1 KR101793804 B1 KR 101793804B1 KR 1020157026276 A KR1020157026276 A KR 1020157026276A KR 20157026276 A KR20157026276 A KR 20157026276A KR 101793804 B1 KR101793804 B1 KR 101793804B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasket
separator
manifold hole
cooling medium
shape
Prior art date
Application number
KR1020157026276A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150123862A (ko
Inventor
겐지 사토
다쿠야 구리하라
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타지도샤가부시키가이샤 filed Critical 도요타지도샤가부시키가이샤
Publication of KR20150123862A publication Critical patent/KR20150123862A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101793804B1 publication Critical patent/KR101793804B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Abstract

막 전극 접합체에 대향해서 배치되는 세퍼레이터는, 막 전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역과, 세퍼레이터 중앙 영역으로부터 외측 테두리로 연장되는 외측 테두리부와, 외측 테두리부에 설치되는 제1 매니폴드 구멍 및 제2 매니폴드 구멍과, 제1 매니폴드 구멍으로부터 세퍼레이터 중앙 영역을 통하여 제2 매니폴드 구멍을 향하는 유체 유로와, 외측 테두리부에 설치되고, 유체 유로의 영역 및 제1, 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 가스킷을 구비한다. 가스킷은, 세퍼레이터 중앙 영역의 단부에 인접하고 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 가스킷부와, 제1 매니폴드 구멍 및 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 제2 가스킷부로 구분된다. 제1 가스킷부의 폭은, 제2 가스킷부의 폭보다도 넓다.

Description

연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지{SEPARATOR USED IN FUEL CELL AND FUEL CELL}
본원은, 2013년 11월 11일에 출원된 출원 번호 제2013-233110의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시된 모두가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은, 연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는, 복수의 유닛 셀을 적층한 스택 구조를 갖고 있다. 각 유닛 셀은, 막 전극 접합체와 세퍼레이터가 대향해서 배치되어 있다. 세퍼레이터에는, 유닛 셀 내에 반응 가스를 흐르게 하기 위한 반응 가스 유로와, 유닛 셀 내에 냉각 매체를 흐르게 하기 위한 냉각 매체 유로가 형성되어 있다. 또한, 세퍼레이터에는, 반응 가스 유로에 반응 가스를 분배하기 위한 반응 가스 매니폴드 구멍과, 냉각 매체 유로에 냉각 매체를 분배하기 위한 냉각 매체 매니폴드 구멍이 형성되어 있다. 이들 매니폴드 구멍은 세퍼레이터의 표면에 개구를 갖고, 연료 전지 스택의 적층 방향으로 관통한 형상을 갖고, 각 매니폴드를 구성한다. 반응 가스 유로나, 냉각 매체 유로, 반응 가스 매니폴드 구멍, 냉각 매체 매니폴드 구멍의 주위에는, 적절히, 각각의 유체의 누설을 억제하기 위한 가스킷이 설치된다. 예를 들어, 특허문헌 1, 2에는, 세퍼레이터에 의해 끼움 지지되는 막 전극 접합체의 외주부에 가스킷이 설치된 구조가 기재되어 있다.
JP2007-250351A JP2008-310288A
여기서, 세퍼레이터에 가스킷이 설치되는 경우에 있어서, 막 전극 접합체의 발전 영역에서 발생하는 열이 전해져 고온이 되기 쉬운 위치에 설치되는 가스킷의 접착 내구성은 저하되기 쉽다고 하는 과제가 있다. 예를 들어, 세퍼레이터의 냉각 매체 유로면에 형성되어 있는 냉각 매체 유로 및 냉각 매체 매니폴드 구멍으로부터의 냉각 매체의 누설을 억제하기 위해, 냉각 매체 유로면에 냉각 매체 유로 및 냉각 매체 매니폴드 구멍의 외주를 전체적으로 둘러싸도록 가스킷이 설치되는 경우가 있다. 이와 같은 가스킷은, 고온이 된 냉각 매체로서의 물에 접촉하는 부분에 있어서 박리되기 쉬워져, 접착 내구성의 저하가 현저하다. 또한, 반응 가스 유체 및 반응 가스 매니폴드 구멍으로부터의 반응 가스의 누설을 억제하기 위해 설치되는 가스킷에 있어서도, 마찬가지의 문제가 있다. 따라서, 세퍼레이터에 설치되는 가스킷의 접착 내구성의 향상이 요망되고 있었다.
본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태는, 연료 전지에 사용되고, 막 전극 접합체에 대향해서 배치되는 세퍼레이터이다. 이 세퍼레이터는, 상기 막 전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역과, 상기 세퍼레이터 중앙 영역으로부터 외측 테두리로 연장되는 외측 테두리부와, 상기 외측 테두리부에 설치되는 제1 매니폴드 구멍 및 제2 매니폴드 구멍과, 상기 제1 매니폴드 구멍으로부터 상기 세퍼레이터 중앙 영역을 통하여 상기 제2 매니폴드 구멍을 향하는 유체 유로와, 상기 외측 테두리부에 설치되고, 상기 유체 유로의 영역 및 상기 제1, 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 가스킷을 구비한다. 상기 가스킷은, 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부에 인접하고 상기 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 가스킷부와, 상기 제1 매니폴드 구멍 및 상기 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 제2 가스킷부로 구분된다. 상기 제1 가스킷부의 폭은, 상기 제2 가스킷부의 폭보다도 넓다. 여기서, 제1 가스킷부는, 상술한 과제에서 설명한 막 전극 접합체의 발열에 의한 온도에 의해 접착성이 저하되기 쉬워지는 개소이다. 이 형태의 세퍼레이터에 의하면, 제1 가스킷부의 폭을, 제2 가스킷부의 폭보다도 넓게 하고 있으므로, 가스킷의 접착 내구성을 향상시키는 것이 가능하다.
(2) 상기 형태의 세퍼레이터에 있어서, 상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부의 폭과 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 유체 유로를 흐르는 유체 중 일부가 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부보다도 외측 테두리측의 옆 흐름 영역을 통하여 흐르는 것을 억제하기 위한 옆 흐름 억제부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 옆 흐름 억제부가 일체 성형되어 있는 것으로 해도 좋다. 이 형태의 세퍼레이터에 의하면, 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부에, 옆 흐름 억제부를 일체 성형함으로써, 제1 가스킷부의 폭을 제2 가스킷부의 폭보다도 넓게 할 수 있다. 이에 의해, 별도의 부재로서의 옆 흐름 억제 부재를 설치하는 일 없이, 가스킷의 접착 내구성을 향상시키는 것이 가능하다.
(3) 상기 형태의 세퍼레이터에 있어서, 상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 제1 형상부에 대략 평행하게 설치된 추가부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 추가부가 일체 성형되어 있는 것으로 해도 좋다. 이 형태의 세퍼레이터에 의하면, 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 이와 대략 평행하게 설치된 추가부를 일체 성형함으로써, 제2 가스킷부의 폭보다도 제1 가스킷부의 폭을 넓게 할 수 있다.
(4) 상기 형태의 세퍼레이터에 있어서, 상기 유체는 냉각 매체이며, 상기 유체 유로는 상기 냉각 매체의 냉각 매체 유로이며, 상기 제1 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 공급하기 위한 매니폴드 구멍이며, 상기 제2 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 배출하기 위한 매니폴드 구멍으로 해도 좋다. 해결하고자 하는 과제에서 설명한 막 전극 접합체의 발열에 의해 냉각 매체의 온도가 상승되기 쉽고, 세퍼레이터 중앙 영역의 단부에 인접하고 막 전극 접합체의 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 가스킷부는, 고온된 냉각 매체의 접촉에 의해 접착 내구성이 저하되기 쉬운 개소이다. 따라서, 이 형태의 연료 전지 세퍼레이터에 의하면, 제1 가스킷부의 폭을, 제2 가스킷부의 폭보다도 넓게 하고 있으므로, 가스킷의 접착 내구성을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명은, 상기 형태의 세퍼레이터 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 형태의 세퍼레이터를 구비하는 연료 전지의 유닛 셀, 그 유닛 셀을 구비하는 연료 전지, 그 연료 전지를 구비하는 연료 전지 시스템 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 유닛 셀의 애노드측 세퍼레이터를 MEA와는 반대측에서 본 개략 평면도이다.
도 3은 냉각 매체용의 가스킷의 일부를 확대해서 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 있어서의 애노드측 세퍼레이터에 설치된 냉각 매체용의 가스킷에 대해서 도시하는 설명도이다.
도 5는 제3 실시 형태에 있어서의 애노드측 세퍼레이터에 설치된 냉각 매체용의 가스킷에 대해서 도시하는 설명도이다.
A. 제1 실시 형태:
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(10)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다. 연료 전지 시스템(10)은 연료 전지 스택(100)을 구비하고 있다. 연료 전지 스택(100)은 엔드 플레이트(110)와, 절연판(120)과, 집전판(130)과, 복수의 유닛 셀(140)과, 집전판(130)과, 절연판(120)과, 엔드 플레이트(110)가, 이 순서대로 적층된 스택 구조를 갖고 있다. 또한, 유닛 셀(140)의 적층 방향은 연직 방향(Y)에 수직인 방향(수평 방향)(X)으로 되어 있다.
연료 전지 스택(100)에는 고압 수소를 저장한 수소 탱크(150)로부터, 셧 밸브(151), 레귤레이터(152), 공급 배관(153)을 통하여, 연료 가스로서의 수소가 공급된다. 연료 전지 스택(100)에 있어서 이용되지 않았던 연료 가스(애노드 오프 가스)는, 배출 배관(163)을 통하여 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출된다. 또한, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 오프 가스를 공급 배관(153)측으로 재순환시키는 재순환 기구를 갖는 것으로 해도 좋다. 연료 전지 스택(100)에는, 또한, 에어 펌프(160) 및 공급 배관(161)을 통하여, 산화제 가스로서의 공기가 공급된다. 연료 전지 스택(100)에 있어서 이용되지 않았던 산화제 가스(캐소드 오프 가스)는, 배출 배관(154)을 통하여 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출된다. 또한, 연료 가스 및 산화제 가스는 반응 가스라고도 불린다.
또한, 연료 전지 스택(100)에는 연료 전지 스택(100)을 냉각하므로, 워터 펌프(171) 및 배관(172)을 통하여, 라디에이터(170)에 의해 냉각된 냉각 매체가 공급된다. 연료 전지 스택(100)으로부터 배출된 냉각 매체는 배관(173)을 통하여 라디에이터(170)로 재순환된다. 냉각 매체로서는, 예를 들어, 물, 에틸렌글리콜 등의 부동수, 공기 등이 사용된다. 본 예에서는, 냉각 매체로서 물(「냉각수」라고도 칭함)이 사용된다.
유닛 셀(140)은 전해질막의 양면에, 각각, 애노드 및 캐소드가 배치된 막 전극 접합체(30)(MEA, Membrane Electrode Assembly)를 한 쌍의 세퍼레이터, 즉 애노드측 세퍼레이터(50)와 캐소드측 세퍼레이터(40)에 의해 끼움 지지한 구성으로 되어 있다. 도 1의 하부의 확대도에 도시하는 바와 같이, 애노드측 세퍼레이터(50)는 MEA(30)측의 면에 줄무늬 형상의 복수의 연료 가스 유로 홈(52)을 구비하고, MEA(30)와 반대측의 면에 직선상의 복수의 냉각 매체 유로 홈(54)을 구비한다. 캐소드측 세퍼레이터(40)는 MEA(30)측의 면에 직선상의 복수의 산화제 가스 유로 홈(42)을 구비한다. 또한, 애노드측 세퍼레이터(50) 및 캐소드측 세퍼레이터(40)에 의해 끼움 지지되는 MEA(30)의 외주에는, 절연성을 갖는 수지제의 시일 부재(32)가 설치되어 있다.
도 2는 유닛 셀(140)의 애노드측 세퍼레이터(50)를 MEA(30)와는 반대측에서 본 개략 평면도이다. 도 2에 있어서, 표리 방향이 적층 방향(X)이며, 상하 방향이 연직 방향(Y)이다. 애노드측 세퍼레이터(50) 및 캐소드측 세퍼레이터(40)는, 가스 차단성 및 전자 전도성을 갖는 부재에 의해 구성되어 있고, 예를 들어, 카본 입자를 압축해서 가스 불투과로 한 치밀질 카본 등의 카본제 부재나, 스테인리스강이나 티타늄 등의 금속 부재에 의해 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터(40, 50)로서, 티타늄을 프레스 성형해서 제작된 세퍼레이터판이 사용된다.
애노드측 세퍼레이터(50)는 MEA(30)의 발전 영역과 대향하는 직사각 형상의 세퍼레이터 중앙 영역(50a)(도 2에 있어서 파선으로 둘러싸진 영역)과, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 외주로부터 세퍼레이터(50)의 사방의 외측 테두리로 연장되는 프레임 형상의 외측 테두리부(50b)를 갖는다. 「발전 영역」이란, MEA(30)에 있어서 발전에 기여하는 영역이며, MEA(30)에 있어서 연료 가스가 흐르는 영역, 즉, 적층 방향(X)으로부터 평면에서 보았을 때에 복수의 연료 가스 유로 홈(52)(도 1)이 존재하는 대략 직사각형의 영역이다. 세퍼레이터 중앙 영역(50a)은 적층 방향(X)으로부터의 평면에서 보아, 발전 영역과 일치하는 영역이다. 도 2에 도시하는 좌우 방향(Z)은, 연직 방향(Y) 및 적층 방향(X)에 수직인 방향이다. 외측 테두리부(50b)는 세퍼레이터 중앙 영역(50a)에 대해 좌우 방향(Z)의 일방측(도면의 우측)에 있는 제1 외측 테두리 부분(50b1)과, 좌우 방향(Z)의 타방측(도면의 좌측)에 있는 제2 외측 테두리 부분(50b2)과, 연직 방향(Y)의 상측에 있는 제3 외측 테두리 부분(50b3)과, 연직 방향(Y)의 하측에 있는 제4 외측 테두리 부분(50b4)을 포함하는 대략 직사각형 프레임 형상의 영역이다.
외측 테두리부(50b) 중 우측의 제1 외측 테두리 부분(50b1)의 외측 단부에는 연료 가스 공급용 매니폴드 구멍(62)과, 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)과, 산화제 가스 공급용 매니폴드 구멍(72)이 연직 방향(Y)을 따라서 위로부터 순서대로 배치되어 있다. 이에 대해, 좌측의 제2 외측 테두리 부분(50b2)의 외측 단부에는, 산화제 가스 배출용 매니폴드 구멍(74)과, 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)과, 연료 가스 배출용 매니폴드 구멍(64)이 연직 방향(Y)을 따라서 위로부터 순서대로 나열되어 배치되어 있다. 연료 가스 공급용 매니폴드 구멍(62) 및 연료 가스 배출용 매니폴드 구멍(64)과, 산화제 가스 공급용 매니폴드 구멍(72) 및 산화제 가스 배출용 매니폴드 구멍(74)과, 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82) 및 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)은 좌우 방향(Z)의 양측의 외측 테두리 부분에서 서로 대향하도록 배치되어 있다.
연료 가스 공급용 매니폴드 구멍(62)은, 연료 전지 스택(100)에 공급된 연료 가스를 각 유닛 셀(140)의 연료 가스 유로 홈(52)(도 1)에 분배하는 연료 가스 공급용 매니폴드를 구성한다. 연료 가스 배출용 매니폴드 구멍(64)은, 연료 가스 유로 홈(52)에 있어서 이용되지 않았던 연료 가스를 모아서 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출하는 연료 가스 배출용 매니폴드를 구성한다. 산화제 가스 공급용 매니폴드 구멍(72)은, 연료 전지 스택(100)에 공급된 산화제 가스를 각 유닛 셀(140)의 산화제 가스 유로 홈(42)(도 1)에 분배하는 산화제 가스 공급용 매니폴드를 구성한다. 산화제 가스 배출용 매니폴드 구멍(74)은, 산화제 가스 유로 홈(42)에 있어서 이용되지 않았던 산화제 가스를 모아서 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출하는 산화제 가스 배출용 매니폴드를 구성한다. 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)은, 연료 전지 스택(100)에 공급된 냉각 매체를 각 유닛 셀(140)에 분배하는 냉각 매체 공급용 매니폴드를 구성한다. 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)은, 각 유닛 셀(140)로부터 배출되는 냉각 매체를 모아서 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출하는 냉각 매체 배출용 매니폴드를 구성한다. 또한, 각 매니폴드 구멍(62, 64, 72, 74, 82, 84)은 개구가 대략 직사각 형상이다. 또한, 각 매니폴드는 연료 전지 스택(100)의 적층 방향(X)으로 신장되는 형상을 갖고 있다. 세퍼레이터(50)의 영역 중, 이들 매니폴드 구멍(62, 64, 72, 74, 82, 84) 이외의 영역에는, 세퍼레이터(50)를 관통하는 구멍이나 개구는 마련되어 있지 않다.
애노드측 세퍼레이터(50)의 표면에는, 가스킷(G1 내지 G5)이 설치되어 있다. 이들 가스킷(G1 내지 G5)은, 복수의 유닛 셀(140)을 적층한 때에, 적층 방향(X)의 평면에서 보아 발전 영역 및 각 매니폴드 구멍의 개구 외주를 둘러싸는 시일 라인(SL1 내지 SL5)을 형성하기 위해 설치되어 있다. 가스킷은 사출 성형이나 프레스 성형 등에 의해 형성되는 것이며, 단면이 볼록 형상을 갖는다. 복수의 유닛 셀(140)을 적층한 때에, 인접하는 다른 유닛 셀(140)의 표면에 밀착해서, 시일 라인(SL1 내지 SL5)이 형성된다. 상세하게는, 가스킷은, 인접하는 다른 유닛 셀(140)의 캐소드측 세퍼레이터(40)의 표면에 접촉해서 밀착한다. 가스킷(G1, G2)의 시일 라인(SL1, SL2)은 연료 가스의 누설을 억제하기 위한 것이고, 가스킷(G3, G4)의 시일 라인(SL3, SL4)은 산화제 가스의 누설을 억제하기 위한 것이고, 가스킷(G5)의 시일 라인(SL5)은 냉각 매체의 누설을 억제하기 위한 것이다.
가스킷의 재료로서는, 고무나 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있다. 고무로서는, 실리콘계 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 천연 고무, 불소계 고무, 에틸렌-프로필렌계 고무 등의 다양한 고무가 적용 가능하고, 열가소성 엘라스토머로서는, 스티렌계 엘라스토머나 불소계 엘라스토머 등의 다양한 열가소성 엘라스토머를 적용 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 에틸렌-프로필렌-1-부텐 공중합체(EPBM)가 사용된다. 또한, 가스킷은 접착제에 의해 세퍼레이터에 접합됨으로써 고정된다. 접착제로서는 특별히 제한은 없으며, 가스킷의 재료에 따라서, 다양한 접착제가 적용 가능하고, 본 실시 형태에서는, 예를 들어, 실란 커플링제가 사용된다.
도 2에는, 애노드측 세퍼레이터(50)에 있어서 냉각 매체를 평면 방향으로 유통시키기 위한 평면(이하, 「냉각 매체 유로면」이라고 칭함)이 도시되어 있다. 세퍼레이터 중앙 영역(50a)에는 스트레이트 형상의 복수의 냉각 매체 유로 홈(54)(도 1도 참조)이 형성되어 있다. 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)으로부터 공급되는 냉각 매체는, 딤플(56)이 설치된 영역을 통하여 확산되고, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 각 냉각 매체 유로 홈(54)에 분배되고, 각 냉각 매체 유로 홈(54)을 흘러서, 각 냉각 매체 유로 홈(54)으로부터 딤플(56)이 설치된 영역을 통하여 모여지고, 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)으로부터 배출된다. 이로 인해, 냉각 매체용의 가스킷(G5)은, 발전 영역에 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역(50a)과, 냉각 매체용의 매니폴드 구멍(82, 84)을 내측에 포함하도록 설치되어 있다. 즉, 냉각 매체용의 가스킷(G5)은, 좌측의 제2 외측 테두리 부분(50b2)의 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)의 외측을 통하고, 상측의 제3 외측 테두리 부분(50b3) 및 하측의 제4 외측 테두리 부분(50b4)에서 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부에 인접하는 외측 부분을 통하고, 우측의 제1 외측 테두리 부분(50b1)의 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)보다도 외측 부분을 통하여, 냉각 매체 유로의 영역의 외주를 전체적으로 둘러싸도록 설치되어 있다.
냉각 매체용의 가스킷(G5)은, 2개의 제1 가스킷 부분(G5w)과 2개의 제2 가스킷 부분(G5r)으로 구분되어 있다. 제1 가스킷 부분(G5w)은, 상측의 제3 외측 테두리 부분(50b3) 및 하측의 제4 외측 테두리 부분(50b4)의 각각에 있어서, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부에 인접하는 외측 부분을 통하는 부분이다. 제2 가스킷 부분(G5r)은, 좌측의 제2 외측 테두리 부분(50b2)의 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82) 및 우측의 제1 외측 테두리 부분(50b1)의 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)보다도 외측 부분을 통하고, 2개의 제1 가스킷 부분(G5W)과 연결되는 부분이다. 냉각 매체용의 가스킷(G5)은, 이하에서 설명한 바와 같이 제1 가스킷 부분(G5w)의 구조에 하나의 특징을 갖고 있다.
도 3은 냉각 매체용의 가스킷(G5)의 일부를 확대해서 도시하는 개략 단면도이다. 도 3의 (A)는 도 2의 제1 가스킷 부분(G5w)의 A-A 단면을 도시하고, 도 3의 (B)는 도 2의 제2 가스킷 부분(G5r)의 B-B 단면을 도시하고 있다. 도 3의 (A)와 도 3의 (B)를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 냉각 매체용의 가스킷(G5) 중, 제1 가스킷 부분(G5w)은, 단면이 볼록 형상의 제1 형상부(Pw)로 구성되어 있고, 이 제1 형상부(Pw)는, 애노드측 세퍼레이터(50)의 평면(냉각 매체 유로면)에 접하는 면이 폭(Ww)을 갖고 있다. 제2 가스킷 부분(G5r)은, 단면이 볼록 형상의 제2 형상부(Pr)로 구성되어 있고, 이 제2 형상부(Pr)는, 애노드측 세퍼레이터(50)의 평면(냉각 매체 유로면)에 접하는 면이 폭(Wr)을 갖고 있다. 제1 가스킷 부분(G5w)의 폭(Ww)은, 제2 가스킷 부분(G5r)의 폭(Wr)보다도 넓다. 이와 같이, 제1 가스킷 부분(G5w)의 폭(Ww)을 제2 가스킷 부분(Gr)의 폭보다도 넓게 하고 있는 것은, 이하의 이유에 의한다.
상술한 바와 같이, 냉각 매체용의 가스킷(G5)으로 둘러싸인 영역(도 2 참조)은, 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)으로부터 공급되는 냉각 매체(냉각수)가, 발전 영역에 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 냉각 매체 유로 홈(54)을 통하여, 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)을 향해 흐르는 냉각 매체 유로의 영역이며, 이 영역을 흐르는 냉각 매체가 발전 영역의 발열을 흡수함으로써 발전 영역의 냉각이 행해진다. 이로 인해, 이 영역을 흐르는 냉각 매체의 온도는, 냉각 매체의 하류측일수록, 즉, 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)보다도 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)에 근접할수록 고온이 되는 경향이 있다. 또한, 연직 방향(Y)의 위치에 관해서는, 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍(82)보다도 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍(84)의 쪽이 상측에 위치하고 있으므로, 냉각 매체의 유량은, 상측의 냉각 매체 유로 홈(54)일수록 적어지는 경향이 있다. 따라서, 도 2에 있어서, 하류측에 있는 영역(C1) 및 영역(C2)에서는 다른 영역에 비교하여 냉각 매체가 고온이 되고, 특히, 상단부에 가까운 영역(C2)에서는 가장 고온이 된다. 또한, 하단부에 가까운 영역(C1)에서는, 상단부에 가까운 영역(C2)보다도 냉각 매체의 압력(수압)이 높아진다.
가스킷은 접착제에 의해 세퍼레이터에 접착되어 있고, 냉각 매체 유로의 주위를 밀봉하기 위한 가스킷(G5)에서는 냉각 매체가 접착제에 접촉하면, 그 부분의 접착성이 저하되어 가스킷(G5)의 일부에 박리가 발생할 가능성이 있다. 박리가 발생한 부분에는 냉각 매체가 침투하므로, 이에 따라서 서서히 접착성이 저하되는 부분이 확대되고, 최종적으로, 박리부가 가스킷(G5)의 폭 방향의 내측으로부터 외측에까지 도달하고, 냉각 매체의 누설을 초래할 가능성이 있다. 또한, 세퍼레이터(50)의 표면이 냉각 매체(냉각수)에 의해 산화됨으로써도, 마찬가지로 접착성이 저하되어 가스킷(G5)의 박리가 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 접착성의 저하는 화학 반응에 기인하므로, 온도가 높은 장소일수록 현저해진다. 또한, 접착성의 저하는 냉각 매체의 침투가 큰 쪽이 촉진되므로, 냉각 매체의 압력(수압)이 높을수록 현저하다.
따라서, 상술한 영역(C1, C2)에 있어서는, 냉각 매체용의 가스킷(G5)은 접착성이 저하되기 쉬워 박리되기 쉬운 경향이 된다. 이들 영역(C1, C2)은 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 상하 방향의 단부에 각각 인접한 영역이다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부에 인접해서 설치된 제1 가스킷 부분(G5w)의 폭(Ww)을, 제2 가스킷 부분(G5r)의 폭(Wr)보다도 넓게 했다. 이에 의해, 제1 가스킷 부분(G5w)의 부분이 박리되어 냉각 매체가 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 냉각 매체용의 가스킷(G5)의 접착 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 가스킷 부분(G5w)의 폭(Ww)은, 제1 가스킷 부분(G5w)의 접착 내구성이 제2 가스킷 부분(G5r)의 접착 내구성과 동등하게 되도록, 냉각 매체의 상승 온도나 냉각 매체의 압력, 접착제의 종류 등에 기초하여 적절히 설정할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 제1 가스킷 부분(G5w)의 폭(Ww)을, 제2 가스킷 부분(G5r)의 폭(Wr)의 1.5 내지 5배의 크기의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
B. 제2 실시 형태:
도 4는, 제2 실시 형태에 있어서의 애노드측 세퍼레이터(50)에 설치된 냉각 매체용의 가스킷(G5B)에 대해서 도시하는 설명도이다. 도 4의 (A)는, 유닛 셀(140B)의 애노드측 세퍼레이터(50)를 냉각 매체 유로면측에서 본 개략 평면을 도시하고 있고, 도 4의 (B)는, 도 4의 (A)의 냉각 매체용의 가스킷(G5B) 중 제1 가스킷 부분(G5wB)의 A-A 단면을 도시하고 있다. 또한, 냉각 매체용의 가스킷(G5B) 이외의 유닛 셀(140B)의 구성은, 제1 실시 형태의 유닛 셀(140)과 마찬가지이므로 도시 및 설명을 생략한다.
도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제1 가스킷 부분(G5wB)은, 제1 형상부(Pwb)와 옆 흐름 억제부(Ps)가 일체 형성된 구성을 갖고 있다. 제1 형상부(Pwb)는, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부의 변을 따라서 연장되는 부분이며, 제2 가스킷 부분(G5r)의 제2 형상부(Pr)[도 3의 (B)]와 동일한 단면 형상을 갖고 있다. 옆 흐름 억제부(Ps)는, 이 제1 형상부(Pwb)에 가장 가까운 연료 가스 유로 홈(52)과 제1 형상부(Pwb) 사이의 영역(「옆 흐름 영역」이라고도 칭함)에 배치되는 부분이다. 옆 흐름 억제부(Ps)와 제1 형상부(Pwb)가 일체 성형되어 있으므로, 제1 가스킷 부분(G5wB)의 폭(Ww)은, 제2 가스킷 부분(G5r)의 폭(Wr)보다도 넓게 되어 있다. 옆 흐름 억제부(Ps)는 가스킷(G5B)으로 둘러싸인 냉각 매체 유로의 전체 영역 내에서, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 상측의 제3 외측 테두리 부분(50b3) 및 하측의 제4 외측 테두리 부분(50b4)에 각각 존재하는 옆 흐름 영역을 통하여 냉각 매체가 흐르는 것(옆 흐름)을 억제하기 위한 것이다. 옆 흐름 억제부(Ps)에는, 복수의 돌기를 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 옆 흐름 영역의 압력 손실이 커져, 냉각 매체의 옆 흐름을 억제할 수 있다.
제2 실시 형태에 있어서는, 냉각 매체 유로의 영역의 외주를 둘러싸는 가스킷(G5B)의 전체를, 기본적으로 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 단면 형상의 연속체로 형성하면서, 제1 가스킷 부분(G5wB)에 대해서는, 옆 흐름 억제부(Ps)를 이 연속체와 일체 성형함으로써, 제1 가스킷 부분(G5wB)의 폭(Ww)을 넓게 하고 있다. 이에 의해, 별도의 부재로서의 옆 흐름 억제 부재를 설치하는 일 없이, 옆 흐름을 억제하면서, 가스킷의 접착 내구성을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 가스킷 부분(G5wB) 중 시일 기능을 확보하는 제1 형상부(Pwb)의 단면 형상이, 제2 가스킷 부분(G5r)의 제2 형상부(Pr)의 단면 형상과 동일하므로, 인접하는 유닛 셀(140B)과 밀착시켰을 때에, 가스킷(G5B)에 의해 형성되는 시일 라인(SL5)에 대해 가해지는 응력을 균일하게 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 어느 하나의 개소[예를 들어, 제1 가스킷 부분(G5wB)과 제2 가스킷 부분(G5r)과의 경계 위치]에 있어서 발생하는 응력 집중을 억제하는 것이 가능하고, 응력 집중의 개소에 있어서의 부재의 열화 등이 발생해서 내구성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 형상부(Pwb)는, 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 단면 형상을 갖고 있을 필요는 없고, 다른 단면 형상을 갖고 있어도 좋다. 단, 제1 형상부(Pwb)는, 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 폭을 갖고 있는 것이 바람직하다.
C. 제3 실시 형태:
도 5는, 제3 실시 형태에 있어서의 애노드측 세퍼레이터(50)에 설치된 냉각 매체용의 가스킷(G5C)에 대해서 도시하는 설명도이다. 도 5의 (A)는, 유닛 셀(140C)의 애노드측 세퍼레이터(50)를 냉각 매체 유로면측에서 본 개략 평면을 도시하고 있고, 도 5의 (B)는, 도 5의 (A)의 냉각 매체용의 가스킷(G5B) 중 제1 가스킷 부분(G5wC)의 A-A 단면을 도시하고 있다. 또한, 냉각 매체용의 가스킷(G5C) 이외의 유닛 셀(140C)의 구성은, 제1 실시 형태의 유닛 셀(140)과 마찬가지이므로 도시 및 설명을 생략한다.
도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제1 가스킷 부분(G5wC)은, 제1 형상부(Pwc)와 추가부(Pd)가 일체 형성된 구성을 갖고 있다. 제1 형상부(Pwc)는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부의 변을 따라서 연장되는 부분이며, 제2 가스킷 부분(G5r)의 제2 형상부(Pr)[도 3의 (B)]와 동일한 단면 형상을 갖고 있다. 추가부(Pd)는, 이 제1 형상부(Pwc)와 동일한 단면 형상을 갖고 있으며, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부의 변을 따라서 연장되는 부분이다. 이 추가부(Pd)와 제1 형상부(Pwc)가 일체 성형되어 있으므로, 제1 가스킷 부분(G5wC)의 폭(Ww)은, 제2 가스킷 부분(G5r)의 폭(Wr)보다도 넓게 되어 있다. 또한, 도 5의 (B)의 예에서는, 제1 형상부(Pwc)와 추가부(Pd) 사이에 높이가 작은 연결 부분이 형성되어 있지만, 이 연결 부분은 생략해도 좋다.
제3 실시 형태에 있어서는, 냉각 매체 유로의 영역의 외주를 둘러싸는 가스킷(G5C)의 전체를, 기본적으로 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 단면 형상으로 형성하면서, 제1 가스킷 부분(G5wC)에 대해서는, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 형상부(Pwc)와 이에 평행한 추가부(Pd)를 일체 성형함으로써, 제1 가스킷 부분(G5wC)의 폭(Ww)을 넓게 하고 있다. 이에 의해, 가스킷의 접착 내구성을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 제1 가스킷 부분(G5wC) 중 시일 기능을 확보하는 제1 형상부(Pwc)의 단면 형상이, 이에 연결되는 제2 가스킷 부분(G5r)의 제2 형상부(Pr)의 단면 형상과 동일하므로, 인접하는 유닛 셀(140C)과 밀착해서 접착시켰을 때에, 가스킷(G5C)에 의해 형성되는 시일 라인(SL5)에 대해 가해지는 응력을 균일하게 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 어느 하나의 개소[예를 들어, 제1 가스킷 부분(G5wC)과 제2 가스킷 부분(G5r)과의 경계 위치]에 있어서 발생하는 응력 집중을 억제하는 것이 가능하고, 응력 집중의 개소에 있어서의 부재의 열화 등이 발생해서 내구성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 형상부(Pwc)는, 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 단면 형상을 갖고 있을 필요는 없고, 다른 단면 형상을 갖고 있어도 좋다. 단, 제1 형상부(Pwc)는, 제2 가스킷 부분(G5r)과 동일한 폭을 갖고 있는 것이 바람직하다.
D. 변형예:
(1) 상기 실시 형태에서는, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 좌우의 외측 테두리부에 모든 매니폴드 구멍이 배치되어 있는 구성을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 상하의 외측 테두리부에 모든 매니폴드 구멍이 배치되어 있는 구성이어도 좋고, 이 경우에는, 냉각 매체용의 가스킷의 제1 가스킷 부분은 좌우의 외측 테두리부에 배치된다.
또한, 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 상하의 외측 테두리부에, 연료 가스 또는 산화제 가스 중 적어도 한쪽의 반응 가스의 매니폴드 구멍이 배치되어 있는 구성이어도 좋다. 이 경우에는, 냉각 매체 유로의 영역 전체를 덮는 가스킷 중 제1 가스킷 부분은, 배치된 반응 가스의 매니폴드 구멍을 둘러싸는 가스킷보다도 내측에서 세퍼레이터 중앙 영역(50a)에 인접하는 위치에 배치된다.
(2) 상기 실시 형태에서는, 애노드 가스 유로와 캐소드 가스 유로의 각각을 세퍼레이터에 형성된 홈 형상 유로로서 구성한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 애노드 가스 유로와 캐소드 가스 유로 중 어느 한쪽 혹은 양쪽을, 세퍼레이터와 MEA 사이에 배치된 다공체 유로로서 구성해도 좋다.
(3) 상기 실시 형태에서는, 냉각 매체용의 가스킷을 예로 들어 설명했지만, MEA의 발전 영역에 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 외측 테두리부에 있어서 세퍼레이터 중앙 영역(50a)의 단부에 인접해서 연장되는 반응 가스용(연료 가스, 산화제 가스)용의 가스킷에 있어서도, 본 발명을 마찬가지로 적용 가능하다. 이 이유는, 반응 가스의 유로를 흐르는 반응 가스는 고온이며, 또한, 발전에 의해 생성되는 고온의 물을 포함하고 있는, 냉각 매체용의 가스킷과 마찬가지로 그 접착성이 저하될 가능성이 있기 때문이다.
본 발명은, 상술한 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히 대체나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 실시 형태 및 각 변형예에 있어서의 구성 요소 중, 독립 청구항에서 기재된 요소 이외의 요소는, 부가적인 요소이며, 적절히 생략 가능하다.
10 : 연료 전지 시스템
30 : 막 전극 접합체(MEA)
32 : 시일 부재
40 : 캐소드측 세퍼레이터
42 : 산화제 가스 유로 홈
50 : 애노드측 세퍼레이터
50a : 세퍼레이터 중앙 영역
50b : 외측 테두리부
50b1 : 제1 외측 테두리 부분
50b2 : 제2 외측 테두리 부분
50b3 : 제3 외측 테두리 부분
50b4 : 제4 외측 테두리 부분
52 : 연료 가스 유로 홈
54 : 냉각 매체 유로 홈
56 : 딤플
62 : 연료 가스 공급용 매니폴드 구멍
64 : 연료 가스 배출용 매니폴드 구멍
72 : 산화제 가스 공급용 매니폴드 구멍
74 : 산화제 가스 배출용 매니폴드 구멍
82 : 냉각 매체 공급용 매니폴드 구멍
84 : 냉각 매체 배출용 매니폴드 구멍
100 : 연료 전지 스택
110 : 엔드 플레이트
120 : 절연판
130 : 집전판
140 : 유닛 셀
140B : 유닛 셀
140C : 유닛 셀
150 : 수소 탱크
151 : 셧 밸브
152 : 레귤레이터
153 : 공급 배관
154 : 배출 배관
160 : 에어 펌프
161 : 공급 배관
163 : 배출 배관
170 : 라디에이터
171 : 워터 펌프
172 : 배관
173 : 배관
Y : 연직 방향
X : 적층 방향
Z : 좌우 방향
G1 내지 G5 : 가스킷
G5B : 가스킷
G5C : 가스킷
SL1 내지 SL5 : 시일 라인
G5w : 제1 가스킷 부분
G5r : 제2 가스킷 부분
G5wB : 제1 가스킷 부분
G5wC : 제1 가스킷 부분
Pr : 제2 형상부
Pw : 제1 형상부
Ps : 옆 흐름 억제부
Pd : 추가부

Claims (8)

  1. 연료 전지에 사용되고, 막 전극 접합체에 대향해서 배치되는 세퍼레이터이며,
    상기 막 전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역과,
    상기 세퍼레이터 중앙 영역으로부터 외측 테두리로 연장되는 외측 테두리부와,
    상기 외측 테두리부에 설치되는 제1 매니폴드 구멍 및 제2 매니폴드 구멍과,
    상기 제1 매니폴드 구멍으로부터 상기 세퍼레이터 중앙 영역을 통하여 상기 제2 매니폴드 구멍을 향하는 유체 유로와,
    상기 외측 테두리부에 설치되고, 상기 유체 유로의 영역 및 상기 제1, 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 가스킷
    을 구비하고,
    상기 가스킷은, 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부에 인접하고 상기 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 가스킷부와, 상기 제1 매니폴드 구멍 및 상기 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 제2 가스킷부로 구분되고,
    상기 제1 가스킷부의 폭은, 상기 제2 가스킷부의 폭보다도 넓은, 세퍼레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 제1 형상부와 상기 세퍼레이터 중앙 영역 사이에 배치되어, 상기 유체 유로를 흐르는 유체 중 일부가 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부보다도 외측 테두리측의 옆 흐름 영역을 통하여 흐르는 것을 억제하기 위한 옆 흐름 억제부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 옆 흐름 억제부가 일체 성형되어 있는, 세퍼레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 제1 형상부와 동일한 단면 형상을 갖고, 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부의 변을 따라서 연장되며, 상기 제1 형상부에 평행하게 설치된 추가부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 추가부가 일체 성형되어 있는, 세퍼레이터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 유로를 흐르는 유체는 냉각 매체이며, 상기 유체 유로는 상기 냉각 매체의 냉각 매체 유로이며, 상기 제1 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 공급하기 위한 매니폴드 구멍이며, 상기 제2 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 배출하기 위한 매니폴드 구멍인, 세퍼레이터.
  5. 막 전극 접합체와 세퍼레이터가 대향해서 배치되는 연료 전지이며,
    상기 세퍼레이터는,
    상기 막 전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역과,
    상기 세퍼레이터 중앙 영역으로부터 외측 테두리로 연장되는 외측 테두리부와,
    상기 외측 테두리부에 설치되는 제1 매니폴드 구멍 및 제2 매니폴드 구멍과,
    상기 제1 매니폴드 구멍으로부터 상기 세퍼레이터 중앙 영역을 통하여 상기 제2 매니폴드 구멍을 향하는 유체 유로와,
    상기 외측 테두리부에 설치되고, 상기 유체 유로의 영역 및 상기 제1, 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 가스킷
    을 구비하고,
    상기 가스킷은, 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부에 인접하고 상기 단부의 변을 따라서 연장되는 제1 가스킷부와, 상기 제1 매니폴드 구멍 및 상기 제2 매니폴드 구멍의 외주를 둘러싸는 제2 가스킷부로 구분되고,
    상기 제1 가스킷부의 폭은, 상기 제2 가스킷부의 폭보다도 넓은, 연료 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 제1 형상부와 상기 세퍼레이터 중앙 영역 사이에 배치되어, 상기 유체 유로를 흐르는 유체 중 일부가 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부보다도 외측 테두리측의 옆 흐름 영역을 통하여 흐르는 것을 억제하기 위한 옆 흐름 억제부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 옆 흐름 억제부가 일체 성형되어 있는, 연료 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 가스킷부는, 상기 제2 가스킷부와 동일한 폭으로 연장되는 제1 형상부와, 상기 제1 형상부와 동일한 단면 형상을 갖고, 상기 세퍼레이터 중앙 영역의 단부의 변을 따라서 연장되며, 상기 제1 형상부에 평행하게 설치된 추가부를 포함하고, 상기 제1 형상부와 상기 추가부가 일체 성형되어 있는, 연료 전지.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 유로를 흐르는 유체는 냉각 매체이며, 상기 유체 유로는 상기 냉각 매체의 냉각 매체 유로이며, 상기 제1 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 공급하기 위한 매니폴드 구멍이며, 상기 제2 매니폴드 구멍은, 상기 냉각 매체를 배출하기 위한 매니폴드 구멍인, 연료 전지.
KR1020157026276A 2013-11-11 2014-10-23 연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지 KR101793804B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013233110A JP6036652B2 (ja) 2013-11-11 2013-11-11 燃料電池に用いられるセパレータおよび燃料電池
JPJP-P-2013-233110 2013-11-11
PCT/JP2014/005393 WO2015068349A1 (ja) 2013-11-11 2014-10-23 燃料電池に用いられるセパレータおよび燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150123862A KR20150123862A (ko) 2015-11-04
KR101793804B1 true KR101793804B1 (ko) 2017-11-03

Family

ID=53041147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157026276A KR101793804B1 (ko) 2013-11-11 2014-10-23 연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9843055B2 (ko)
JP (1) JP6036652B2 (ko)
KR (1) KR101793804B1 (ko)
CN (1) CN105359319B (ko)
DE (1) DE112014005137B4 (ko)
WO (1) WO2015068349A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10340533B2 (en) 2015-07-17 2019-07-02 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
JP6520666B2 (ja) * 2015-12-01 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池のシール構造
JP6569503B2 (ja) * 2015-12-09 2019-09-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池のシール構造
CN108123150B (zh) * 2016-11-29 2021-04-20 中国科学院大连化学物理研究所 燃料电池用增强型密封垫片
JP6933040B2 (ja) * 2017-08-10 2021-09-08 日産自動車株式会社 燃料電池スタック
JP6997630B2 (ja) * 2018-01-10 2022-02-04 本田技研工業株式会社 発電セル
JP7062993B2 (ja) * 2018-02-13 2022-05-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の検査方法および検査システム
JP7126610B2 (ja) * 2019-04-09 2022-08-26 Nok株式会社 セパレータ一体ガスケット
DE102021214194A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem und Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003346830A (ja) 2002-05-23 2003-12-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006269208A (ja) 2005-03-23 2006-10-05 Toyota Motor Corp 燃料電池及び燃料電池用セパレータ
JP2012164588A (ja) 2011-02-09 2012-08-30 Toyota Motor Corp 燃料電池セパレータのシール構造

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001258800A1 (en) * 2000-06-29 2002-01-08 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
JP3571687B2 (ja) * 2000-12-07 2004-09-29 本田技研工業株式会社 シール一体型セパレータの製造方法
US7297432B2 (en) * 2001-03-09 2007-11-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell and fuel cell stack
JP3830766B2 (ja) * 2001-03-09 2006-10-11 本田技研工業株式会社 燃料電池および燃料電池スタック
US7524573B2 (en) * 2004-02-23 2009-04-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell having inner and outer periphery seal members
JP3897808B2 (ja) 2005-04-01 2007-03-28 松下電器産業株式会社 Ｍｅａ、ｍｅａの製造方法及び高分子電解質形燃料電池
KR101270856B1 (ko) 2005-04-01 2013-06-05 파나소닉 주식회사 Ｍｅａ, ｍｅａ의 제조방법 및 고분자 전해질형 연료 전지
US8003273B2 (en) * 2005-07-13 2011-08-23 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell sealing member for the same
JP4761255B2 (ja) * 2005-12-02 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池と当該燃料電池用セパレータの接着構造
JP5070716B2 (ja) * 2006-03-09 2012-11-14 トヨタ自動車株式会社 セパレータ製造方法およびセパレータ
JP2007250351A (ja) 2006-03-16 2007-09-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2009187790A (ja) 2008-02-06 2009-08-20 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5532204B2 (ja) * 2009-06-19 2014-06-25 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池の密封構造
JP2011222393A (ja) 2010-04-13 2011-11-04 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5240282B2 (ja) * 2010-12-06 2013-07-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セル
JP6082362B2 (ja) * 2014-05-30 2017-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003346830A (ja) 2002-05-23 2003-12-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006269208A (ja) 2005-03-23 2006-10-05 Toyota Motor Corp 燃料電池及び燃料電池用セパレータ
JP2012164588A (ja) 2011-02-09 2012-08-30 Toyota Motor Corp 燃料電池セパレータのシール構造

Also Published As

Publication number Publication date
CN105359319B (zh) 2017-05-31
US9843055B2 (en) 2017-12-12
US20160248105A1 (en) 2016-08-25
CN105359319A (zh) 2016-02-24
DE112014005137T5 (de) 2016-08-18
DE112014005137B4 (de) 2023-08-31
WO2015068349A1 (ja) 2015-05-14
JP2015095315A (ja) 2015-05-18
KR20150123862A (ko) 2015-11-04
JP6036652B2 (ja) 2016-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101793804B1 (ko) 연료 전지에 사용되는 세퍼레이터 및 연료 전지
US8551671B2 (en) Fuel cell fluid sealing structure
US9225032B2 (en) Fuel cell
US7759014B2 (en) Fuel cell having a seal member
US9660276B2 (en) Fuel cell including separator with outer ends placed inward of fluid passages formed in frame
US8999592B2 (en) Fuel cell
US20150072265A1 (en) Fuel cell
US8846264B2 (en) Fuel cell comprising offset connection channels
US10879541B2 (en) Fuel cell stack
KR20160057320A (ko) 연료 전지용 세퍼레이터, 연료 전지용 집전판, 연료 전지, 및 연료 전지 스택
WO2015072096A1 (ja) 燃料電池用セパレータおよび燃料電池スタック
JP2010129249A (ja) 燃料電池
US9843063B2 (en) Fuel cell
JP6520666B2 (ja) 燃料電池のシール構造
JP2012195128A (ja) 高分子電解質型燃料電池用ガスケットおよび高分子電解質型燃料電池
US20120295176A1 (en) Fuel cell
JP2012069445A (ja) 燃料電池
JP2014186858A (ja) 燃料電池及びその運転方法
US7758991B2 (en) Fuel cell
JP5443254B2 (ja) 燃料電池
KR101694031B1 (ko) 기밀 향상용 가스켓을 갖는 연료전지 분리판
JP6569503B2 (ja) 燃料電池のシール構造
JP2015185505A (ja) 燃料電池
JP2022024498A (ja) 燃料電池
JP5874928B2 (ja) 燃料電池スタック

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right