JP2009176490A - Fuel cell and fuel cell separator - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池に多孔質セパレータを採用した場合に、冷却水流路から導入ガスへの加湿能力を高める。
【解決手段】単位電池のそれぞれが、燃料極に隣接して配置されてその燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路5を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレート13と、酸化剤極に隣接して配置されてその酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路6を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレート14と、を備える。燃料電池積層体で、互いに隣接する単位電池の第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14とが互いに隣接する面の互いに対向する位置の両方に冷却水流路の一部を形成する溝を有し、これらの溝が合わさって冷却水流路12が構成される。
【選択図】図5When a porous separator is used in a fuel cell, the ability to humidify an introduced gas from a cooling water passage is enhanced.
Each of the unit cells is formed of a porous material having a groove disposed adjacent to the fuel electrode and forming a fuel gas flow path 5 for supplying fuel gas to the fuel electrode. The first separator plate 13 is formed of a porous material having a groove which is disposed adjacent to the oxidant electrode and forms an oxidant gas flow path 6 for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode. Second separator plate 14. In the fuel cell stack, the first separator plate 13 and the second separator plate 14 of the unit cells adjacent to each other are provided with grooves that form a part of the cooling water flow path at both positions facing each other. The cooling water flow path 12 is configured by combining these grooves.
[Selection] Figure 5
Description
この発明は、単位電池を積層した積層体を有する燃料電池および、かかる燃料電池に組み込まれるセパレータに関する。 The present invention relates to a fuel cell having a laminate in which unit cells are laminated, and a separator incorporated in the fuel cell.
電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池システムでは、水素を含む燃料ガス(アノード反応ガス)を燃料極(アノード極)に供給し、酸素を含む酸化剤ガス(カソード反応ガス)を酸化剤極(カソード極)に供給して発電を行なう。その際に、層状の燃料極、固体高分子電解質膜、酸化剤極に対し、燃料ガスと酸化剤ガスはセパレータに設けられたガス流路に沿って供給される。ガス流路は、ガス供給/排出マニホールドおよびガスリターンマニホールドと連通しており、燃料ガスおよび酸化剤ガスはガス供給/排出マニホールドのガス供給部からガスリターンマニホールドを介して、ガス流路の上流から下流へと流れ、ガス供給/排出マニホールドのガス排出部から外部へ排出される。電池反応によって燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が消費され、反応生成物の水が水蒸気として排出される。 In a fuel cell system using a polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte, a fuel gas containing hydrogen (anode reaction gas) is supplied to the fuel electrode (anode electrode) and an oxidant gas containing oxygen (cathode reaction). Gas) is supplied to the oxidant electrode (cathode electrode) to generate electricity. In that case, fuel gas and oxidant gas are supplied along the gas flow path provided in the separator with respect to the layered fuel electrode, the solid polymer electrolyte membrane, and the oxidant electrode. The gas flow path communicates with the gas supply / discharge manifold and the gas return manifold, and the fuel gas and the oxidant gas are supplied from the gas supply section of the gas supply / discharge manifold through the gas return manifold and from the upstream of the gas flow path. It flows downstream and is discharged to the outside from the gas discharge portion of the gas supply / discharge manifold. The battery reaction consumes hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas, and the reaction product water is discharged as water vapor.
一方、固体高分子電解質膜は平衡する水蒸気圧により膜の含水率が変化し、電解質膜の抵抗が変化する特性があり、電解質膜の抵抗を小さくし、十分な発電性能を得るためには固体高分子電解質膜に水分を加える、つまり加湿が必要になる。加湿は燃料ガスや酸化剤ガスに予め水蒸気を添加する外部加湿方式と、セパレータを介して水を直接添加する内部加湿方式がある。 On the other hand, the solid polymer electrolyte membrane has a characteristic that the moisture content of the membrane changes due to the equilibrium water vapor pressure, and the resistance of the electrolyte membrane changes, and in order to reduce the resistance of the electrolyte membrane and obtain sufficient power generation performance, It is necessary to add moisture to the polymer electrolyte membrane, that is, humidification. There are two types of humidification: an external humidification method in which water vapor is added to the fuel gas or oxidant gas in advance, and an internal humidification method in which water is directly added via a separator.
この固体高分子型燃料電池スタックは、一般的には一単位電池毎にセパレータが挿入されて構成される。このセパレータは、単位電池発電に伴う発熱を除去するための冷却除熱機能、単位電池を電気的に直列に接続するための導電機能、およびセパレータを介して配置された一方の単位電池のセパレータ側に流通する燃料ガスまたは酸化剤ガスと当該セパレータを介して配置された他の一方の単位電池のセパレータ側に流通する酸化剤ガスまたは燃料ガスのセパレータを貫通して混合を防止する反応ガス遮断機能を有している。また、所定の積層締付下で形状を保持できる機械的強度も有している。 This polymer electrolyte fuel cell stack is generally configured by inserting a separator for each unit cell. This separator has a cooling and heat removal function for removing heat generated by the unit battery power generation, a conductive function for electrically connecting the unit cells in series, and the separator side of one unit cell disposed via the separator. Reactive gas blocking function to prevent mixing through the fuel gas or oxidant gas flowing through the separator and the separator of the other unit cell disposed through the separator through the oxidant gas or fuel gas separator have. In addition, it has mechanical strength capable of maintaining its shape under a predetermined lamination tightening.
これらのセパレータは、一方の面に燃料ガス(または酸化剤ガス)を単位電池反応面に供給するための反応ガス流路を形成し、他の面には冷却水を流通させるための流路を形成したプレートと、一方の面のみ酸化剤ガス(または燃料ガス)を単位電池反応面に供給するための反応ガス流路を形成したプレートを、冷却水流路形成面と平面を接着面として一体化して形成されるのが一般的である。 These separators form a reaction gas channel for supplying fuel gas (or oxidant gas) to the unit cell reaction surface on one side, and a channel for circulating cooling water on the other side. The formed plate and the plate formed with the reaction gas channel for supplying the oxidant gas (or fuel gas) to the unit cell reaction surface only on one surface are integrated with the cooling water channel forming surface and the flat surface as the adhesive surface. Generally, it is formed.
また、セパレータの材質としては特許文献1に代表される金属系が提案されているが、一般的には耐久性の点から炭素質あるいは黒鉛質炭素材料を主成分とするセパレータが使用されている。
Moreover, although the metal system represented by
炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータは、それらの粉体粒子を接着・結着する機能を有する樹脂で固着し、プレート化して用いられている。接着・結着機能を有する樹脂としては、一般的にはフェノール樹脂、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂、またはポリフェニレン樹脂(PPS)に代表される熱可塑性樹脂が用いられている。さらには、耐久性向上、電気導電性向上目的に上記プレートを高温処理(炭化処理あるいは黒鉛化処理)したセパレータが用いられている。 A separator mainly composed of carbonaceous material or graphite is used by being fixed to a resin having a function of adhering and binding those powder particles and forming a plate. As the resin having an adhesion / binding function, a phenol resin, a thermosetting resin typified by an epoxy resin, or a thermoplastic resin typified by a polyphenylene resin (PPS) is generally used. Furthermore, a separator obtained by high-temperature treatment (carbonization treatment or graphitization treatment) of the plate is used for the purpose of improving durability and improving electrical conductivity.
この炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータは、一般にはそのコストおよび物性の信頼性レベルの面から、熱硬化性樹脂を接着・結着剤とし、上記炭素質あるいは黒鉛質粉体の混合・混練した材料を熱間加圧成形したプレートから形成されている。またこの混合・混練物は、上記セパレータ機能を満たすため、90重量%以上の炭素質あるいは黒鉛質粉と、10重量%以下の熱硬化性樹脂(および硬化剤)と内部離型剤等成形補助剤との組成を有しているものが用いられている。 This separator mainly composed of carbonaceous or graphite is generally mixed with the above-mentioned carbonaceous or graphite powder by using a thermosetting resin as an adhesive / binder from the viewpoint of cost and reliability of physical properties. It is formed from a plate obtained by hot pressing the kneaded material. In addition, in order to satisfy the above separator function, this mixed and kneaded product is a molding aid such as 90% by weight or more of carbonaceous or graphite powder, 10% by weight or less of thermosetting resin (and curing agent), and internal release agent. What has a composition with an agent is used.
また、特許文献2に記載される燃料電池においては、上記セパレータの機能に加え反応ガスの加湿機能と単位電池内凝縮生成水除去機能を持つ多孔質セパレータが提案されている。
In addition, in the fuel cell described in
多孔質セパレータに関して、特許文献3に記載される燃料電池においては、燃料極、酸化剤極の少なくとも一方側に接する側のセパレータの気孔率を大きくし、他方の側の気孔率を小さくするものが提案されている。
Regarding the porous separator, in the fuel cell described in
通常の固体高分子形燃料電池では燃料電池に導入される反応ガスを加湿するための加湿器が必要であるが、多孔質セパレータを用いる場合、多孔質セパレータが加湿する機能を有するため、加湿器が不要となる。
通常のセパレータの場合は、燃料極と冷却水、もしくは酸化剤極と冷却水のどちらかがセパレータの両面に配される。そして片面にガス流路が配されたセパレータの平滑面に冷却水セパレータを接着する構成をとっている。しかしながらこの構成では片面のセパレータに供給されるガス導入部の裏にあたる箇所に接着剤などがあることになる。接着剤や接着シートは通常撥水性を示すことから、多孔質セパレータも撥水性を示し、水の移動・透過性や加湿性能が低下する。その結果、導入ガスの加湿が不十分となり、高分子膜の損傷や電池の性能低下をもたらす。 In the case of a normal separator, either the fuel electrode and cooling water, or the oxidant electrode and cooling water are arranged on both sides of the separator. And the cooling water separator is adhere | attached on the smooth surface of the separator by which the gas flow path was distribute | arranged to the single side | surface. However, in this configuration, there is an adhesive or the like at a position corresponding to the back of the gas introduction portion supplied to the separator on one side. Since the adhesive and the adhesive sheet usually exhibit water repellency, the porous separator also exhibits water repellency, and water transfer / permeability and humidification performance are reduced. As a result, humidification of the introduced gas becomes insufficient, resulting in damage to the polymer film and a decrease in battery performance.
本発明の目的は、燃料電池に多孔質セパレータを採用した場合に、冷却水流路から導入ガスへの加湿能力を高めることにある。 An object of the present invention is to increase the humidification ability from the cooling water flow path to the introduced gas when a porous separator is employed in the fuel cell.
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池の一つの態様では、複数の単位電池を積層した積層体を有する燃料電池において、前記単位電池のそれぞれが、電解質膜と、前記電解質膜の両面をはさんでその電解質膜に隣接して配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に隣接して配置されてその燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、前記酸化剤極に隣接して配置されてその酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、を備え、互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の互いに対向する位置の両方に冷却水流路の一部を形成する溝を有し、これらの溝が合わさって冷却水流路が構成されること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, in one aspect of the fuel cell according to the present invention, in the fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are stacked, each of the unit cells includes an electrolyte membrane and an electrolyte membrane. A fuel electrode and an oxidizer electrode arranged adjacent to the electrolyte membrane with both sides interposed therebetween, and a fuel gas flow path arranged adjacent to the fuel electrode for supplying fuel gas to the fuel electrode are formed. And a first separator plate formed of a porous material having a groove for forming an oxidant gas flow path disposed adjacent to the oxidant electrode and supplying an oxidant gas to the oxidant electrode. A second separator plate having a groove to be formed and formed of a porous material, and the first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other on the surfaces adjacent to each other. Oppose Has a groove which forms part of both the cooling water passage position, the cooling water passage Together, these grooves can be configured, and wherein.
また、本発明に係る燃料電池の他の一つの態様では、複数の単位電池を積層した積層体を有する燃料電池において、前記単位電池のそれぞれが、電解質膜と、前記電解質膜の両面をはさんでその電解質膜に隣接して配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に隣接して配置されてその燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、前記酸化剤極に隣接して配置されてその酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、を備え、互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の少なくとも一方に冷却水流路を形成する溝を有し、前記互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートの側面に接着剤が塗布されてこの接着剤によって前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに接合されていること、を特徴とする。 In another aspect of the fuel cell according to the present invention, in the fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are stacked, each of the unit cells sandwiches the electrolyte membrane and both surfaces of the electrolyte membrane. And a fuel electrode and an oxidant electrode disposed adjacent to the electrolyte membrane, and a groove disposed adjacent to the fuel electrode and forming a fuel gas passage for supplying fuel gas to the fuel electrode. A first separator plate formed of a porous material, and a groove that is disposed adjacent to the oxidant electrode and forms an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode. And a second separator plate formed of a porous material, and a cooling water flow on at least one of the surfaces of the unit cells adjacent to each other where the first separator plate and the second separator plate are adjacent to each other. The road An adhesive is applied to the side surfaces of the first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other, and the first separator plate and the second separator are formed by the adhesive. The plate is joined to each other.
また、本発明に係る燃料電池用セパレータは、複数の単位電池を積層した積層体を有する燃料電池における各単位電池の一部を構成する燃料電池用セパレータであって、電解質膜の第1の面に隣接して配置された燃料極の前記電解質膜の第1の面と反対側の面に隣接して配置されて前記燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、電解質膜の第1の面と反対側の第1の面に隣接して配置された酸化剤極の前記電解質膜の第2の面と反対側の面に隣接して配置されて前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、を備え、互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の互いに対向する位置の両方に冷却水流路の一部を形成する溝を有し、これらの溝が合わさって冷却水流路が形成されるように構成されていること、を特徴とする。 The fuel cell separator according to the present invention is a fuel cell separator constituting a part of each unit cell in a fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are stacked, and the first surface of the electrolyte membrane. A groove formed adjacent to a surface of the fuel electrode disposed adjacent to the first surface of the electrolyte membrane and forming a fuel gas flow path for supplying fuel gas to the fuel electrode. And a first separator plate formed of a porous material and a second separator layer of the oxidizer electrode disposed adjacent to the first surface opposite to the first surface of the electrolyte membrane. A second separator formed of a porous material having a groove which is disposed adjacent to a surface opposite to the surface and forms an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode. And the first separator of the unit cells adjacent to each other The rate and the second separator plate have grooves that form a part of the cooling water flow path at both positions on the mutually adjacent surfaces, and the cooling water flow path is formed by combining these grooves. It is characterized by being comprised.
本発明によれば、燃料電池に多孔質セパレータを採用した場合に、冷却水流路から導入ガスへの加湿能力を高めることができる。 According to the present invention, when a porous separator is employed in a fuel cell, the ability to humidify the introduced gas from the cooling water channel can be increased.
以下、本発明に係る燃料電池および燃料電池用セパレータの実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Embodiments of a fuel cell and a fuel cell separator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態に係る燃料電池積層体の部分立断面図であって、図2のI−I線矢視断面図である。また、図2は本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の平断面図である。図3は図1の燃料電池積層体で互いに隣接する二つのセパレータプレートの部分拡大立断面図であって、図2のIII−III線矢視断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line II in FIG. FIG. 2 is a plan sectional view of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of two separator plates adjacent to each other in the fuel cell stack of FIG. 1, and is a sectional view taken along line III-III in FIG.
図1に示すように、この実施形態に係る燃料電池では、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜3をはさんで、燃料極1および酸化剤極2を配置する。燃料極1および酸化剤極2の外側をさらにセパレータ4ではさんでいる。セパレータ4は、燃料極1に隣接する第1のセパレータプレート13と、酸化剤極2に隣接する第2のセパレータプレート14とからなる。固体高分子電解質膜3と、これをはさむ燃料極1および酸化剤極2と、さらにそれらをはさむ第1のセパレータプレート13および第2のセパレータプレート14とで一つの単位電池40が構成されていて、複数の単位電池40が積層されて燃料電池積層体11を構成している。
As shown in FIG. 1, in the fuel cell according to this embodiment, a
第1のセパレータプレート13の燃料極1に隣接する位置に燃料ガス流路5を形成する溝が形成され、第2のセパレータプレート14の酸化剤極2に隣接する位置に酸化剤ガス流路6を形成する溝が形成されている。さらに、第2のセパレータプレート14の第1のセパレータプレート13に隣接する位置に冷却水流路12を形成する溝が形成されている。また、第2のセパレータプレート14の酸化剤ガス流路6と同じ面上に、端部シールシート固定用段差15が形成されている。
A groove for forming the
図2に示すように、燃料電池積層体11の側面に、積層方向に延びる6個のマニホールドが形成されていて、それぞれが各単位電池の特定のガス流路または冷却水流路に連絡している。 As shown in FIG. 2, six manifolds extending in the stacking direction are formed on the side surface of the fuel cell stack 11, and each manifold communicates with a specific gas channel or cooling water channel of each unit cell. .
すなわち、燃料ガス供給マニホールド8aは燃料ガス流路5に連絡し、ここから水素を含む燃料ガスが供給される。燃料ガス排出マニホールド8bは燃料ガス供給マニホールド8aの反対側に配置されて、燃料ガス流路5に連絡し、ここから燃料ガスが排出される。酸化剤ガス供給マニホールド9aは酸化剤ガス流路6に連絡し、ここから酸素を含む酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス排出マニホールド9bは酸化剤ガス供給マニホールド9aの反対側に配置されて、酸化剤ガス流路6に連絡し、ここから酸化剤ガスが排出される。冷却水供給マニホールド10aは冷却水流路12に連絡し、ここから冷却媒体である冷却水が供給される。冷却水排出マニホールド10bは冷却水供給マニホールド10aの反対側に配置されて、冷却水流路12に連絡し、ここから冷却水が排出される。
That is, the fuel gas supply manifold 8a communicates with the fuel
電池反応によって燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が消費され、反応生成物の水が水蒸気として排出される。 The battery reaction consumes hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas, and the reaction product water is discharged as water vapor.
セパレータ4は、単位電池発電に伴う発熱を除去するための冷却除熱機能、単位電池を電気的に直列に接続するための導電機能、および、セパレータを介して互いに隣接する単位電池の燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防止する反応ガス遮断機能を有している。また、所定の積層締付下で形状を保持できる機械的強度も有している。
The
セパレータ4の材質は、たとえば、炭素質あるいは黒鉛質炭素材料を主成分とする。炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータ4は、それらの粉体粒子を接着・結着する機能を有する樹脂で固着し、プレート化して用いてもよい。接着・結着機能を有する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂、またはポリフェニレン樹脂に代表される熱可塑性樹脂を用いることができる。耐久性向上、電気導電性向上を目的として上記プレートを高温処理(炭化処理あるいは黒鉛化処理)してもよい。この炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータ4は、そのコストおよび物性の信頼性レベルの面から、熱硬化性樹脂を接着・結着剤とし、炭素質あるいは黒鉛質粉体の混合・混練した材料を熱間加圧成形したプレートから形成してもよい。
The material of the
図1および図3に示すように、互いに隣接する二つの単位電池40の第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14が貼り合わされることによりそれらの間に冷却水流路12が形成されている。これらの貼り合わせに当たり、この実施形態では、側面に接着剤または接着シート23を貼り付けており、貼り合わせ面には接着剤を塗布していない。
As shown in FIGS. 1 and 3, the first separator plate 13 and the
このような構成により、本実施形態では、冷却水流路12の水が燃料ガス流路5および酸化剤ガス流路6に移動する際に撥水性の接着剤がその移動を妨げるのを回避できる。これにより、多孔質セパレータを通じて反応ガスに十分な加湿をすることができ、高分子膜の損傷や電池の性能低下を抑制できる。
With this configuration, in the present embodiment, it is possible to prevent the water-repellent adhesive from obstructing the movement when the water in the cooling water flow path 12 moves to the fuel
[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池積層体で互いに隣接する二つのセパレータプレートの部分拡大立断面図である。この実施形態では、冷却水流路12を形成する溝が第1のセパレータプレート13側に形成されている。すなわち、第1のセパレータプレート13の一方の面には燃料ガス流路5の溝が形成され、反対側の面には冷却水流路12の溝が形成されている。酸化剤ガス流路6の溝が形成される第2のセパレータプレート14側には、燃料ガス流路5の溝が形成されていない。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a partially enlarged sectional view of two separator plates adjacent to each other in the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove forming the cooling water flow path 12 is formed on the first separator plate 13 side. That is, the groove of the fuel
この場合でも第1の実施形態と同様に、第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14を貼り合わせることによってそれらの間に冷却水流路12ができる。この場合に、第1の実施形態と同様に、貼り合わせ面に接着剤がないことから、冷却水流路12の水が燃料ガス流路5および酸化剤ガス流路6に移動する際に撥水性の接着剤がその移動を妨げるのを回避できる。
Even in this case, similarly to the first embodiment, the first separator plate 13 and the
[第3の実施形態]
図5は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池積層体で互いに隣接する二つのセパレータプレートの部分拡大立断面図である。この実施形態では、冷却水流路12を形成する溝が第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14の両方に形成され、第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14を貼り合わせることによってそれらの間に冷却水流路12ができる。この場合、冷却水流路12を形成するために、第1のセパレータプレート13に形成される溝と第2のセパレータプレート14に形成される溝の位置を合わせ、それぞれの溝の深さは冷却水流路12の深さの半分ずつとする。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of two separator plates adjacent to each other in the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove that forms the cooling water flow path 12 is formed in both the first separator plate 13 and the
第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14とを貼り合わせるために、第1および第2の実施形態と同様に、側面に接着剤または接着シート23を貼り付けており、貼り合わせ面には接着剤を塗布していない。
In order to bond the first separator plate 13 and the
この実施形態では、第1および第2の実施形態と同様に、冷却水流路12の水が燃料ガス流路5および酸化剤ガス流路6に移動する際に撥水性の接着剤がその移動を妨げるのを回避できる。さらにこの実施形態では、第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14の両方に冷却水流路12のための溝が形成されていることから、燃料ガス流路5および酸化剤ガス流路6と冷却水流路12との間の距離が比較的短くなり、燃料ガスおよび酸化剤ガスへの加湿を十分に行なうことができる。
In this embodiment, as in the first and second embodiments, the water-repellent adhesive moves when the water in the cooling water passage 12 moves to the
[第4の実施形態]
図6は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池積層体で互いに隣接する二つのセパレータプレートの部分拡大立断面図である。この実施形態は第3の実施形態の変形例であって、第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14とを貼り合わせるために、貼り合わせ面の一部に接着剤23を塗布している。前述のように通常の接着剤23は撥水性があるが、第3の実施形態と同様に冷却水流路12のための溝が第1のセパレータプレート13と第2のセパレータプレート14の両方に形成されているので、冷却水流路12から燃料ガス流路5および酸化剤ガス流路6への距離が比較的短くなり、燃料ガスおよび酸化剤ガスへの加湿を十分に行なうことができる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a partially enlarged sectional view of two separator plates adjacent to each other in the fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the third embodiment, and in order to bond the first separator plate 13 and the
[他の実施形態]
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第1の実施形態(図3)における第2のセパレータプレート14に形成された冷却水流路12の溝と、第2の実施形態(図4)における第1のセパレータプレート13に形成された冷却水流路12の溝とを組み合わせ、しかもこれらの溝の位置を合わせない構成とすることも可能である。
[Other Embodiments]
Each embodiment described above is merely an example, and the present invention is not limited thereto. For example, the groove of the cooling water flow path 12 formed in the
1:燃料極(アノード極)
2:酸化剤極(カソード極)
3:固体高分子電解質膜
4:セパレータ
5:燃料ガス流路
6:酸化剤ガス流路
8a:燃料ガス供給マニホールド
8b:燃料ガス排出マニホールド
9a:酸化剤ガス供給マニホールド
9b:酸化剤ガス排出マニホールド
10a:冷却水供給マニホールド
10b:冷却水排出マニホールド
11:燃料電池積層体
23:接着剤(接着シート)
1: Fuel electrode (anode electrode)
2: Oxidant electrode (cathode electrode)
3: Solid polymer electrolyte membrane 4: Separator 5: Fuel gas flow path 6: Oxidant gas flow path 8a: Fuel gas supply manifold 8b: Fuel gas discharge manifold 9a: Oxidant gas supply manifold 9b: Oxidant gas discharge manifold 10a : Cooling water supply manifold 10b: Cooling water discharge manifold 11: Fuel cell stack 23: Adhesive (adhesive sheet)
Claims (5)
前記単位電池のそれぞれが、
電解質膜と、
前記電解質膜の両面をはさんでその電解質膜に隣接して配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に隣接して配置されてその燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、
前記酸化剤極に隣接して配置されてその酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、
を備え、
互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の互いに対向する位置の両方に冷却水流路の一部を形成する溝を有し、これらの溝が合わさって冷却水流路が構成されること、
を特徴とする燃料電池。 In a fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are laminated,
Each of the unit cells is
An electrolyte membrane;
A fuel electrode and an oxidizer electrode disposed adjacent to the electrolyte membrane across both sides of the electrolyte membrane;
A first separator plate formed adjacent to the fuel electrode and formed of a porous material having a groove forming a fuel gas flow path for supplying fuel gas to the fuel electrode;
A second separator plate formed of a porous material having a groove disposed adjacent to the oxidant electrode and forming an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode; ,
With
The first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other have grooves that form a part of the cooling water flow path at both positions facing each other on the adjacent surfaces. Together, the cooling water flow path is configured,
A fuel cell.
前記単位電池のそれぞれが、
電解質膜と、
前記電解質膜の両面をはさんでその電解質膜に隣接して配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に隣接して配置されてその燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、
前記酸化剤極に隣接して配置されてその酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、
を備え、
互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の少なくとも一方に冷却水流路を形成する溝を有し、
前記互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートの側面に接着剤が塗布されてこの接着剤によって前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに接合されていること、
を特徴とする燃料電池。 In a fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are laminated,
Each of the unit cells is
An electrolyte membrane;
A fuel electrode and an oxidizer electrode disposed adjacent to the electrolyte membrane across both sides of the electrolyte membrane;
A first separator plate formed adjacent to the fuel electrode and formed of a porous material having a groove forming a fuel gas flow path for supplying fuel gas to the fuel electrode;
A second separator plate formed of a porous material having a groove disposed adjacent to the oxidant electrode and forming an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode; ,
With
The first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other have a groove that forms a cooling water channel on at least one of the adjacent surfaces;
Adhesive is applied to the side surfaces of the first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other, and the first separator plate and the second separator plate are joined to each other by the adhesive. Being
A fuel cell.
電解質膜の第1の面に隣接して配置された燃料極の前記電解質膜の第1の面と反対側の面に隣接して配置されて前記燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第1のセパレータプレートと、
電解質膜の第1の面と反対側の第1の面に隣接して配置された酸化剤極の前記電解質膜の第2の面と反対側の面に隣接して配置されて前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を形成する溝を有して多孔質材料で形成された第2のセパレータプレートと、
を備え、
互いに隣接する単位電池の前記第1のセパレータプレートと第2のセパレータプレートとが互いに隣接する面の互いに対向する位置の両方に冷却水流路の一部を形成する溝を有し、これらの溝が合わさって冷却水流路が形成されるように構成されていること、
を特徴とする燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator that constitutes a part of each unit cell in a fuel cell having a laminate in which a plurality of unit cells are laminated,
A fuel gas disposed adjacent to a surface opposite to the first surface of the electrolyte membrane of the fuel electrode disposed adjacent to the first surface of the electrolyte membrane to supply fuel gas to the fuel electrode A first separator plate having a groove for forming a flow path and formed of a porous material;
The oxidant electrode disposed adjacent to the surface opposite to the second surface of the electrolyte membrane of the oxidant electrode disposed adjacent to the first surface opposite to the first surface of the electrolyte membrane. A second separator plate formed of a porous material having a groove forming an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to
With
The first separator plate and the second separator plate of the unit cells adjacent to each other have grooves that form a part of the cooling water flow path at both positions facing each other on the adjacent surfaces. The cooling water flow path is formed together,
A fuel cell separator.
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|---|---|---|---|
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