JP2010061994A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス流路の流路断面積の拡大を図ることにより、ガス流路においてより均一なガス供給を可能とし、燃料電池の発電性能を向上させる。
【解決手段】エキスパンドメタル28のメッシュを構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD方向に階段状に連結されていることで、エキスパンドメタル28には、FD方向及びTD方向に交互に、大開口30と小開口32とが形成される。そして、大開口30のみを伝ってターンを繰り返す態様のガス流GF0のみならず、大開口30及び小開口32の双方を流れるガス流GF1等、多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路16の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られる。
【選択図】図1
【解決手段】エキスパンドメタル28のメッシュを構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD方向に階段状に連結されていることで、エキスパンドメタル28には、FD方向及びTD方向に交互に、大開口30と小開口32とが形成される。そして、大開口30のみを伝ってターンを繰り返す態様のガス流GF0のみならず、大開口30及び小開口32の双方を流れるガス流GF1等、多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路16の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られる。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池に関するものである。
燃料電池は、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、最小単位であるセル(単セル)が構成され、なおかつ、セルが複数枚積層されたスタック構造となることで、必要な電圧が確保されるものである。かかるスタック構造において、各セルの最外層に位置してスタック内の各セルを区分けする部材として、板状の部品であるセパレータが用いられている。又、セパレータは、アノード側に燃料ガスをカソード側に酸化剤を各々供給する機能、セルで発電された電気の導電機能、セル内で発生する生成水の排出を行う機能等、様々な役目を担っている。
さて、図10には、固体高分子型燃料電池のセル構造の一例が示されている。このセル10は、膜・電極接合体12(Membrane Electrode Assembly:以下、「MEA」という。)がセル10の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層14(アノード側/カソード側のガス拡散層14A、14C)、ガス流路16(アノード側/カソード側のガス流路16A、16C)、セパレータ18(アノード側/カソード側のセパレータ18A、18C)が夫々配置された構造となっている。なお、MEA12とガス拡散層14とが一体となった膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode &Gas Diffusion Layer Assembly)が用いられる例もある。
そして、図10のようにガス流路16がセパレータ18と別体構造をなすセル10構造においては、ガス流路16を形成する構造物として、例えばエキスパンドメタルが用いられることで、上述の如きセパレータの機能を分担、保持している(例えば、特許文献1参照)。
そして、図10のようにガス流路16がセパレータ18と別体構造をなすセル10構造においては、ガス流路16を形成する構造物として、例えばエキスパンドメタルが用いられることで、上述の如きセパレータの機能を分担、保持している(例えば、特許文献1参照)。
ところで、セル10のガス流路16を形成する構造物として用いられるエキスパンドメタル20は、例えば、図11に示されるような亀甲形のメッシュ22が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。このエキスパンドメタル20は、平板材料を送りながら金型によって一段づつ切れ込みを入れることによってメッシュ22が形成されるという製造手順(後述する)に起因して、各メッシュ22が、材料送り方向〔(Materials)Forwarding Direction:以下、本説明において「FD方向」ともいう。〕に、階段状に連なった構造となっている。
そして、図10に示されたセル10において、エキスパンドメタル20は、図12に示されるようにメッシュ22がガス拡散層14とセパレータ18との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ22と、ガス拡散層14表面及びセパレータ18表面との間に、図12に斜線部で示される三角形状の空間24が、千鳥状に構成される。従って、ガス流路16を流れるガスは、千鳥状に配置された三角形状の空間24を順に伝ってFD方向へと流れ、この際、ガス流GFは図11に示されるように、FD方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction:以下、本説明において「ツール送り方向」又は「TD方向」ともいう。〕に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れとなる。
そして、図10に示されたセル10において、エキスパンドメタル20は、図12に示されるようにメッシュ22がガス拡散層14とセパレータ18との間に傾斜面を構成するようにして配置されることで、千鳥配置されたメッシュ22と、ガス拡散層14表面及びセパレータ18表面との間に、図12に斜線部で示される三角形状の空間24が、千鳥状に構成される。従って、ガス流路16を流れるガスは、千鳥状に配置された三角形状の空間24を順に伝ってFD方向へと流れ、この際、ガス流GFは図11に示されるように、FD方向と直交する方向〔Transverse Direction又はTool Direction:以下、本説明において「ツール送り方向」又は「TD方向」ともいう。〕に揺動し、ターンを繰り返す態様の流れとなる。
したがって、図12に斜線部で示される三角形状の空間24の断面積が、ガス流路16
を流れるガスの流量に大きく影響することになる。しかしながら、前述のようにセルがスタック構造を構成し、ガス拡散層14とエキスパンドメタル20とが高い面圧で接触することにより、エキスパンドメタル20がガス拡散層14に食い込むと、図12に示される三角形状の空間24の断面積が減少してしまうこととなる。この、空間24の断面積の減少に起因して、ガス流路16を流れるガスの流量が減少することにより、発電性能の低下を招くこととなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池において、ガス流路の流路断面積の拡大を図ることにより、ガス流路においてより均一なガス供給を可能とし、燃料電池の発電性能を向上させることにある。
を流れるガスの流量に大きく影響することになる。しかしながら、前述のようにセルがスタック構造を構成し、ガス拡散層14とエキスパンドメタル20とが高い面圧で接触することにより、エキスパンドメタル20がガス拡散層14に食い込むと、図12に示される三角形状の空間24の断面積が減少してしまうこととなる。この、空間24の断面積の減少に起因して、ガス流路16を流れるガスの流量が減少することにより、発電性能の低下を招くこととなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池において、ガス流路の流路断面積の拡大を図ることにより、ガス流路においてより均一なガス供給を可能とし、燃料電池の発電性能を向上させることにある。
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池であって、エキスパンドメタルにより形成されるガス流路の流れ系統の多様化を図ることにより、ガス流路の流路断面積の拡大を図るものである。
(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(1)セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池であって、前記エキスパンドメタルには、FD方向及びTD方向に交互に、大開口と小開口とが形成されている燃料電池。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルの、FD方向及びTD方向に交互に、大開口と小開口とが形成されていることにより、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルの、FD方向及びTD方向に交互に、大開口と小開口とが形成されていることにより、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
(2)上記(1)項において、前記エキスパンドメタルには、大開口と小開口とが、FD方向及びTD方向の位相が一致するようにして形成されている燃料電池(請求項1)。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルには、大開口と小開口とが、FD方向及びTD方向の位相が一致するようにして形成されていることにより、ガス流が大開口と小開口とを交互に通過してFD方向へと流れる際の、ガス流のTD方向の揺動量が減少し、ガス圧損の増大を回避して、ガス流量の増大が図られるものである。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルには、大開口と小開口とが、FD方向及びTD方向の位相が一致するようにして形成されていることにより、ガス流が大開口と小開口とを交互に通過してFD方向へと流れる際の、ガス流のTD方向の揺動量が減少し、ガス圧損の増大を回避して、ガス流量の増大が図られるものである。
(3)上記(1)、(2)項において、前記エキスパンドメタルのメッシュを構成するストランド部が、メッシュの刻み方向(以下、刻み幅方向を「WD方向」ともいう。)中間位置に設けられたボンド部によってFD方向に階段状に連結されている燃料電池(請求項2)。
本項に記載の燃料電池は、前記エキスパンドメタルのメッシュを構成するストランド部が、WD方向中間位置に設けられたボンド部によってFD方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタルには、FD方向及びTD方向に交互に、又、これら両方向の位相が一致するようにして、大開口と小開口とが形成されるものであり、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
本項に記載の燃料電池は、前記エキスパンドメタルのメッシュを構成するストランド部が、WD方向中間位置に設けられたボンド部によってFD方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタルには、FD方向及びTD方向に交互に、又、これら両方向の位相が一致するようにして、大開口と小開口とが形成されるものであり、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
(4)セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセ
ル構造を有する燃料電池であって、前記エキスパンドメタルを構成するメッシュのボンド部の一部が、FD方向に分断され、かつ、WD方向に段差が形成されることで、前記ボンド部に、メッシュのストランド部により形成される大開口とは別の小開口が形成されている燃料電池(請求項3)。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルを構成するメッシュのボンド部の一部が、FD方向に分断され、かつ、WD方向に段差が形成されることで、ボンド部に、メッシュのストランド部により形成される大開口とは別の小開口が形成され、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。又、ボンド部がFD方向に連なるストランド部同士を確実に連結し、階段状に連なったメッシュ構造の強度を高めるものとなる。
ル構造を有する燃料電池であって、前記エキスパンドメタルを構成するメッシュのボンド部の一部が、FD方向に分断され、かつ、WD方向に段差が形成されることで、前記ボンド部に、メッシュのストランド部により形成される大開口とは別の小開口が形成されている燃料電池(請求項3)。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルを構成するメッシュのボンド部の一部が、FD方向に分断され、かつ、WD方向に段差が形成されることで、ボンド部に、メッシュのストランド部により形成される大開口とは別の小開口が形成され、セルのガス流路には、大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。又、ボンド部がFD方向に連なるストランド部同士を確実に連結し、階段状に連なったメッシュ構造の強度を高めるものとなる。
(5)上記(1)から(4)項において、前記小開口は、前記エキスパンドメタルの全厚の中間部に設けられている燃料電池(請求項4)。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルの全厚の中間部に小開口が設けられているが、エキスパンドメタルの「全厚」は、後述のように、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みである。よって、本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルにより構成されるガス流路の厚み方向中間部に、小開口が位置するものである。従って、ガス流路の全体へのガスの供給を、ガス流路の厚み方向中間部に形成されるガス流によって促進することができる。又、ガス拡散層その他のセル構成部材とエキスパンドメタルとが高い面圧で接触し、エキスパンドメタルがガス拡散層に食い込んだとしても、小開口により構成されるガス経路は、ガス拡散層その他のセル構成部材と直接的に接していないことから、流路断面積の減少を来たすことはなく、よって、ガス流路の厚み方向中間部に位置する小開口を流れるガス流量が減少することはない。
本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルの全厚の中間部に小開口が設けられているが、エキスパンドメタルの「全厚」は、後述のように、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みである。よって、本項に記載の燃料電池は、エキスパンドメタルにより構成されるガス流路の厚み方向中間部に、小開口が位置するものである。従って、ガス流路の全体へのガスの供給を、ガス流路の厚み方向中間部に形成されるガス流によって促進することができる。又、ガス拡散層その他のセル構成部材とエキスパンドメタルとが高い面圧で接触し、エキスパンドメタルがガス拡散層に食い込んだとしても、小開口により構成されるガス経路は、ガス拡散層その他のセル構成部材と直接的に接していないことから、流路断面積の減少を来たすことはなく、よって、ガス流路の厚み方向中間部に位置する小開口を流れるガス流量が減少することはない。
(6)上記(1)から(5)項において、前記大開口と前記小開口とは、WD方向視で相似形をなしている燃料電池(請求項5)。
本項に記載の燃料電池は、大開口と小開口とが、WD方向視で相似形をなし、これら相似形の大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
本項に記載の燃料電池は、大開口と小開口とが、WD方向視で相似形をなし、これら相似形の大開口及び小開口の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
本発明はこのように構成したので、セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池において、ガス流路の流路断面積の拡大を図り、ガス流路においてより均一なガス供給を可能とすることで、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
まず、本発明を実施するための最良の形態を説明するにあたり、予め、図9を参照しながらエキスパンドメタルの各部名称を明らかにする。エキスパンドメタルは、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ22(図11、図9(c)参照)や、図9(a)に示されるような、菱形のメッシュ26が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。そして、メッシュの交差部をボンド部BO、メッシュのボンド部BO間をつなぐ部分をストランド部STという。又、ボンド部BOのTD方向の長さをボンド長さBOl、ストランド部STの厚みを刻み幅(送り幅)Wという。図中、符号tは素材の板厚、符号Dはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Dが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図9には、併せてFD方向(材料送り方向)、TD方向(ツール送り方向)及びWD方向(メッシュの刻み幅方向)を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ22は、ボンド部BOのボンド長さBOlの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ26は、ボンド部BOのボンド長さBOlの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ26のFD方向断面形状(A−A断面形状)と、亀甲形のメッシュ22のFD方向断面形状(A’−A’断面図)とは同一であることから、図9(b)に両者のFD方向断面形状を示している。
まず、本発明を実施するための最良の形態を説明するにあたり、予め、図9を参照しながらエキスパンドメタルの各部名称を明らかにする。エキスパンドメタルは、一般的には、既に説明した亀甲形のメッシュ22(図11、図9(c)参照)や、図9(a)に示されるような、菱形のメッシュ26が、いわゆる千鳥配置された連続構造をなしている。そして、メッシュの交差部をボンド部BO、メッシュのボンド部BO間をつなぐ部分をストランド部STという。又、ボンド部BOのTD方向の長さをボンド長さBOl、ストランド部STの厚みを刻み幅(送り幅)Wという。図中、符号tは素材の板厚、符号Dはエキスパンドメタルの全厚であり、この全厚Dが、セル構成部材間に配置された状態における、エキスパンドメタルの厚みとなる。なお、図9には、併せてFD方向(材料送り方向)、TD方向(ツール送り方向)及びWD方向(メッシュの刻み幅方向)を示している。
各部名称から明らかなように、亀甲形のメッシュ22は、ボンド部BOのボンド長さBOlの長いメッシュ形状であり、菱形のメッシュ26は、ボンド部BOのボンド長さBOlの短いメッシュ形状である。そして、菱形のメッシュ26のFD方向断面形状(A−A断面形状)と、亀甲形のメッシュ22のFD方向断面形状(A’−A’断面図)とは同一であることから、図9(b)に両者のFD方向断面形状を示している。
さて、本発明の実施の形態に係るセル燃料電池は、ガス流路の形成部材としてエキスパンドメタルが用いられており、このエキスパンドメタルは、図1及び図2に概略的に示されるような構造的特徴を備えている。すなわち、エキスパンドメタル28のメッシュを構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタル28には、FD方向及びTD方向に交互に、かつ、これら両方向の位相が一致するようにして、大開口30と小開口32とが形成されている。又、小開口32は、エキスパンドメタル28の全厚Wの中間部に設けられている。そして、図示の例では、大開口30と小開口32とは、メッシュのWD方向視で、亀甲形の相似形をなしている。
ここで、図3〜図5を参照しながら、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル28の製造手順を説明する。
エキスパンドメタル28の製造金型は、図3、図5に示されるダイ34、パッド36、下刃38及び上刃40からなる金型とを備えている。下刃38、上刃40は、いずれもTD方向(FD方向と直交する方向)にシフトしかつWD方向(上下方向)に昇降するものである。又、上刃40の下面には、台形状の突起40aがTD方向に一定間隔を空けて形成され、下刃38の上面にも、上刃40の台形状の突起40aと噛合うように一定間隔を空けて、台形状突起38aが形成されている。
エキスパンドメタル28の製造金型は、図3、図5に示されるダイ34、パッド36、下刃38及び上刃40からなる金型とを備えている。下刃38、上刃40は、いずれもTD方向(FD方向と直交する方向)にシフトしかつWD方向(上下方向)に昇降するものである。又、上刃40の下面には、台形状の突起40aがTD方向に一定間隔を空けて形成され、下刃38の上面にも、上刃40の台形状の突起40aと噛合うように一定間隔を空けて、台形状突起38aが形成されている。
平板材料42は、ローラ等を備えた材料送り手段によって、所定の刻み幅Wで金型へと送り込まれ、この平板材料42の送り込みのタイミングに合わせて、パッド36は、平板材料42が通過可能となるようWD方向に昇降する。そして、図5(a)、(b)に示されるように、ダイ34とパッド36により平板材料42が挟持された状態で、上刃40及び下刃38が開閉し、上刃40の台形状の突起40aとダイ34とによって、平板材料42は一定間隔に部分的にせん断され、下方向に突出する台形状の切り起しが形成される。又、これと同時に、下刃38の台形状の突起38aとパッド36とによって、平板材料42は一定間隔に部分的にせん断され、上刃40の台形状の突起40aとダイ34とによって形成された下方向の突起と交互に、上方向に突出する台形状の切り起しが形成され、前記下方向に突出する台形状の切り起しと共に、メッシュが成形される。
なお、図2、図5(b)に示されるように、上刃40による切り込み深さCD40と、下刃38による切り込み深さCD38とに違いを与えることで、ラスカットメタル28’には、互いに相似形をなす大開口30と小開口32とが形成されるものである。なお、上刃40による切り込み深さCD40と、下刃38による切り込み深さCD38との大小関係は、いずれか一方が他方よりも大きいものであれば良い。
なお、図2、図5(b)に示されるように、上刃40による切り込み深さCD40と、下刃38による切り込み深さCD38とに違いを与えることで、ラスカットメタル28’には、互いに相似形をなす大開口30と小開口32とが形成されるものである。なお、上刃40による切り込み深さCD40と、下刃38による切り込み深さCD38との大小関係は、いずれか一方が他方よりも大きいものであれば良い。
そして、上刃40及び下刃38の上昇の都度、上刃40及び下刃38がTD方向にシフトすることで、台形状の切起こしが千鳥状に一段づつ成形され、階段状のメッシュを有するラスカットメタル28’が形成されるものである。
その後、階段状のメッシュを有するラスカットメタル28’が、図4に示される圧延ローラ43によって圧延されることにより、必要な全厚D(図9(b)参照)のエキスパンドメタル28が成形される。
その後、階段状のメッシュを有するラスカットメタル28’が、図4に示される圧延ローラ43によって圧延されることにより、必要な全厚D(図9(b)参照)のエキスパンドメタル28が成形される。
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
すなわち、図1、図2に示されるように、エキスパンドメタル28のメッシュを構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタル28には、FD方向及びTD方向に交互に、大開口30と小開口32とが形成されている。そして、このエキスパンドメタル28により構成されたセル10のガス流路16には、図1、図2に示されるように、大開口30により形成された三角形状の空間24のみ、順に伝ってターンを繰り返す態様の(従来と同じ)ガス流GF0のみならず、大開口30及び小開口32の双方を流れるガス流GF1等、多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路16の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
しかも、エキスパンドメタル28には、大開口30と小開口32とが、FD方向及びTD方向の位相が一致するようにして形成されていることにより、ガス流GFが大開口30と小開口32とを交互に通過してFD方向へと流れる際の、ガス流のTD方向の揺動量が減少し、ガス圧損の増大を回避して、ガス流量の増大が図られるものである。従って、セル10のガス流路16においてより均一なガス供給が可能となり、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
すなわち、図1、図2に示されるように、エキスパンドメタル28のメッシュを構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタル28には、FD方向及びTD方向に交互に、大開口30と小開口32とが形成されている。そして、このエキスパンドメタル28により構成されたセル10のガス流路16には、図1、図2に示されるように、大開口30により形成された三角形状の空間24のみ、順に伝ってターンを繰り返す態様の(従来と同じ)ガス流GF0のみならず、大開口30及び小開口32の双方を流れるガス流GF1等、多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路16の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
しかも、エキスパンドメタル28には、大開口30と小開口32とが、FD方向及びTD方向の位相が一致するようにして形成されていることにより、ガス流GFが大開口30と小開口32とを交互に通過してFD方向へと流れる際の、ガス流のTD方向の揺動量が減少し、ガス圧損の増大を回避して、ガス流量の増大が図られるものである。従って、セル10のガス流路16においてより均一なガス供給が可能となり、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
又、エキスパンドメタル28の全厚Wの中間部に小開口28が設けられ、セル10のエキスパンドメタル28により構成されるガス流路16の厚み方向中間部に、小開口28が位置するものである。従って、ガス流路16の全体へのガスの供給を、ガス流路の厚み方向中間部に形成されるガス流GF(図2参照)によって促進することができる。又、ガス拡散層14その他のセル構成部材とエキスパンドメタル28とが高い面圧で接触し、エキスパンドメタル28がガス拡散層14に食い込んだとしても、小開口32により構成されるガス経路は、ガス拡散層14その他のセル構成部材と直接的に接していないことから、流路断面積の減少を来たすことはなく、よって、ガス流路16の厚み方向中間部に位置する小開口32を流れるガス流量が減少することはない。従って、ガス圧損の増大を回避することにより、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
又、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル28の製造工程上、上刃40による切り込み深さCD40と、下刃38による切り込み深さCD38とに違いを与えることで、ラスカットメタル28’に、互いに相似形をなす大開口30と小開口32とが形成されることに起因して、大開口30と小開口32とが、WD方向視で相似形(亀甲形)をなすものである。そして、これら相似形の大開口30及び小開口32の双方を流れる多様な系統のガス経路が形成される。従って、ガス流路の流路断面積が実質的に拡大し、ガス流量の増大が図られるものである。
なお、図6に示すように、セル10のガス流路16の形成部材としてのエキスパンドメタル128を、菱形のメッシュ44で構成することも可能である。この場合にも、エキスパンドメタル128の菱形のメッシュ44を構成するストランド部STが、WD方向中間位置に設けられたボンド部BOによってFD送り方向に階段状に連結されることで、エキスパンドメタル128には、菱形の大開口46と小開口48とが、FD方向及びTD方向に交互に、かつ、これら両方向の位相が一致するようにして形成される。この場合も、エキスパンドメタル128の製造手順は、図1、図2の亀甲形のメッシュ22の例と同様であることから、小開口48は、エキスパンドメタル128の全厚Wの中間部に設けられ、大開口46と小開口48とは、メッシュのWD方向視で菱形の相似形をなしている。
又、セル10のガス流路16の形成部材として、図7に示すような構造のエキスパンドメタル228を用いることも可能である。すなわち、図7のエキスパンドメタル228は、従来のエキスパンドメタル(図11)との比較において、メッシュ50を構成するボンド部BOの一部がFD方向に分断され、かつ、WD方向に段差が形成されることで、ボンド部BOに、メッシュのストランド部STにより形成される大開口52とは別の小開口5
4が形成されたものである。そして、ボンド部BO(この場合、明確に残存するボンド部)が、FD方向に連なるストランド部ST同士を確実に連結することにより、階段状に連なったメッシュ構造の強度がより向上するものとなる。
4が形成されたものである。そして、ボンド部BO(この場合、明確に残存するボンド部)が、FD方向に連なるストランド部ST同士を確実に連結することにより、階段状に連なったメッシュ構造の強度がより向上するものとなる。
又、この場合も、エキスパンドメタル228の製造手順は、図1、図2の亀甲形のメッシュ22の例と同様であることから、小開口54は、エキスパンドメタル128の全厚Wの中間部に設けられている。一方、図7の例では、大開口52は14角形であり、小開口54は亀甲形であり、両者は相似形とはなっていない。この、大開口52と小開口54の形状は、図8に示されるように、エキスパンドメタル28の製造用金型の、上刃58の下面に形成された、多段の台形状の突起58aと、下刃56の上面に形成された多段の台形状の突起56aの形状により決まるものである。又、図8に示された下刃56と上刃58の形状は、あくまでも一例であり、ボンド部BOが明確に残存するようなメッシュ形状を成形可能なものであれば、他の形状であっても良い。
なお、ダイ34、パッド36その他の製造装置の構成については、図1、図2の例と同様である。又、図1、図2の例との作用効果については説明を省略する。
なお、ダイ34、パッド36その他の製造装置の構成については、図1、図2の例と同様である。又、図1、図2の例との作用効果については説明を省略する。
なお、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル28、128、228を、アノード側/カソード側のガス流路16A、16Cのいずれにも用いても良く、圧力損失を抑えたい一方側にのみこれらを使用することも可能である。又、アノード側/カソード側のガス拡散層14A、14Cの何れか一方又は双方を具備しないセルにも、本発明の実施の形態に係るエキスパンドメタル28、128、228を用いることが可能である。
10:セル、12:MEA、 14、14A、14C:ガス拡散層、 16、16A、16C:ガス流路、 18、18A、18C:セパレータ、22:亀甲形のメッシュ、24:空間、 28、128、228:エキスパンドメタル、30:大開口、32:小開口、34:ダイ、36:パッド、 38、56:下刃、 38a、40a:台形状の突起、
40、58:上刃、42:平板素材、 56a、58a:多段の台形状の突起
40、58:上刃、42:平板素材、 56a、58a:多段の台形状の突起
Claims (5)
- セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池であって、
前記エキスパンドメタルには、材料送り方向及びツール送り方向に交互に、かつ、これら両方向の位相が一致するようにして、大開口と小開口とが形成されていることを特徴とする燃料電池。 - セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池であって、
前記エキスパンドメタルのメッシュを構成するストランド部が、メッシュの刻み方向中間位置に設けられたボンド部によって材料送り方向に階段状に連結されることで、前記エキスパンドメタルには、材料送り方向及びツール送り方向に交互に、かつ、これら両方向の位相が一致するようにして、大開口と小開口とが形成されていることを特徴とする燃料電池。 - セル構成部材間に配置されたエキスパンドメタルによりガス流路が形成されたセル構造を有する燃料電池であって、
前記エキスパンドメタルを構成するメッシュのボンド部の一部が、材料送り方向に分断され、かつ、刻み幅方向に段差が形成されることで、前記ボンド部に、メッシュのストランド部により形成される大開口とは別の小開口が形成されていることを特徴とする燃料電池。 - 前記小開口は、前記エキスパンドメタルの全厚の中間部に設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の燃料電池。
- 前記大開口と前記小開口とは、メッシュの刻み幅方向視で相似形をなしていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の燃料電池。
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| JP2008226470A JP2010061994A (ja) | 2008-09-03 | 2008-09-03 | 燃料電池 |
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|---|---|---|---|---|
| DE102016218062A1 (de) | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzelle |
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-
2008
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