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JP2010287367A - Power generation module constituting fuel cell - Google Patents

Power generation module constituting fuel cell Download PDF

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JP2010287367A
JP2010287367A JP2009138926A JP2009138926A JP2010287367A JP 2010287367 A JP2010287367 A JP 2010287367A JP 2009138926 A JP2009138926 A JP 2009138926A JP 2009138926 A JP2009138926 A JP 2009138926A JP 2010287367 A JP2010287367 A JP 2010287367A
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JP
Japan
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power generation
generation module
fuel cell
membrane electrode
separators
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009138926A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kajiwara
▲隆▼ 梶原
Hitoshi Hamada
仁 濱田
Hiroshi Fujitani
宏 藤谷
Kenji Tsubosaka
健二 壷阪
Masayuki Ito
雅之 伊藤
Yoshifumi Ota
佳史 大田
Seiji Sano
誠治 佐野
Rira Hirasawa
梨良 平澤
Tomoyuki Takamura
智之 高村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009138926A priority Critical patent/JP2010287367A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池において発電モジュールの組み付け性を向上する技術を提供する。
【解決手段】発電モジュール110は、燃料電池100において、配置方向を交互に反転させて積層される。発電モジュール110は、2つ膜電極接合体11,12と、流体のための流路溝が両面に設けられた3枚のセパレータ21〜23とを備える。各膜電極接合体11,12と各セパレータ21〜23とは交互に配置されるとともに接着シール部40によって一体的に保持される。接着シール部40の外周には、発電モジュール110の厚み方向に渡って延びるとともに、燃料電池100を構成したときに、隣接する発電モジュール110の側まで突出する突起部45が設けられている。突起部45は、隣接する発電モジュール110の配置方向が反転されていなかった場合には、当該隣接する発電モジュール110に設けられた突起部45と互いに接触して燃料電池の組み付けを妨げる。
【選択図】図1
The present invention provides a technique for improving the assembly of a power generation module in a fuel cell.
A power generation module is stacked in a fuel cell with the arrangement directions alternately reversed. The power generation module 110 includes two membrane electrode assemblies 11 and 12 and three separators 21 to 23 provided with flow channel grooves for fluid on both sides. The membrane electrode assemblies 11 and 12 and the separators 21 to 23 are alternately arranged and are integrally held by the adhesive seal part 40. On the outer periphery of the adhesive seal portion 40, a protrusion 45 is provided that extends in the thickness direction of the power generation module 110 and projects to the side of the adjacent power generation module 110 when the fuel cell 100 is configured. When the arrangement direction of the adjacent power generation module 110 is not reversed, the protrusion 45 comes into contact with the protrusion 45 provided on the adjacent power generation module 110 to prevent the assembly of the fuel cell.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は通常、複数の発電モジュールが積層されたスタック構造を有する(下記特許文献1等)。各発電モジュールは、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、膜電極接合体の両側に配置されるセパレータとを有する。燃料電池の各発電モジュールには、水素や酸素などの反応ガスや反応熱を冷却するための冷媒などの流体が外部から供給される。   A fuel cell usually has a stack structure in which a plurality of power generation modules are stacked (Patent Document 1 below). Each power generation module includes a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane, and separators arranged on both sides of the membrane electrode assembly. Each power generation module of the fuel cell is supplied with a reaction gas such as hydrogen or oxygen or a fluid such as a refrigerant for cooling reaction heat from the outside.

ところで、各発電モジュールを燃料電池スタックとして組み付ける際に、その配置位置や配置方向がずれてしまうと、燃料電池スタック内部における上記流体のシール性が低下したり、各発電モジュール間の接触抵抗が増大してしまう場合があった。しかし、これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。   By the way, when assembling each power generation module as a fuel cell stack, if the arrangement position or the orientation of the power module is shifted, the sealing property of the fluid inside the fuel cell stack is deteriorated or the contact resistance between the power generation modules is increased. There was a case. However, until now, it has been the case that sufficient ingenuity has not been made for these problems.

特許第3721321号公報Japanese Patent No. 3721321 特許第3968278号公報Japanese Patent No. 3968278 特開2002−260689号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-260689

本発明は、燃料電池スタックにおいて発電モジュールの組み付け性を向上する技術を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the technique which improves the assembly | attachment property of a power generation module in a fuel cell stack.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
燃料電池スタックを構成するために積層される発電モジュールであって、積層される際に、隣接する発電モジュールに対して、積層方向と垂直な面上において180°回転した反転状態で積層可能なように構成された発電モジュールであり、電解質膜の両面に電極が配置された発電体である2N(Nは自然数)個の膜電極接合体と、流体のための流路溝が両面に設けられた2N+1枚のセパレータとを備え、前記2N個の膜電極接合体と前記2N+1枚のセパレータとは、前記2N個の膜電極接合体のそれぞれが前記セパレータによって狭持されるように交互に配置されるとともに、外部への流体の漏洩を防止するために前記発電モジュールの外周を囲むように設けられたシール部によって一体的に保持され、前記シール部の外周には、前記発電モジュールの厚み方向に渡って延びるとともに、前記燃料電池を構成したときに、隣接する発電モジュールの側まで突出する突起部が設けられており、前記発電モジュールの最も外側に配置された最外部セパレータの外表面に設けられた前記流路溝は、前記燃料電池スタックが構成されたときに、前記反転状態にある前記隣接する発電モジュールの最外部セパレータの流路溝と対向して冷媒のための冷媒流路を形成し、前記突起部は、前記燃料電池スタックを構成するために複数の前記発電モジュールを積層する工程において、隣接する発電モジュールが前記反転状態で配置されない場合には、前記隣接する発電モジュールに設けられた前記突起部と接触して前記燃料電池スタックの組み立てを妨げるように構成されている、発電モジュール。
この発電モジュールによれば、燃料電池スタックを構成する際に、発電モジュールを誤った配置方向で積層しようとすると、当該発電モジュールの突起部と、隣接する発電モジュールに設けられた突起部とが干渉するため、発電モジュールが誤った配置方向で配置されてしまうことを抑制できる。従って、発電モジュールの組み付け性が向上する。
[Application Example 1]
A power generation module that is stacked to constitute a fuel cell stack, and when stacked, the power generation modules can be stacked in an inverted state rotated 180 ° on a plane perpendicular to the stacking direction with respect to adjacent power generation modules. 2N (N is a natural number) membrane electrode assembly, in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and a channel groove for fluid are provided on both sides. 2N + 1 separators, and the 2N membrane electrode assemblies and the 2N + 1 separators are alternately arranged so that each of the 2N membrane electrode assemblies is sandwiched by the separators. In addition, in order to prevent leakage of fluid to the outside, it is integrally held by a seal part provided so as to surround the outer periphery of the power generation module, and the outer periphery of the seal part includes An outermost separator that is provided on the outermost side of the power generation module, is provided with a protrusion that extends in the thickness direction of the power generation module and that projects to the side of the adjacent power generation module when the fuel cell is configured. When the fuel cell stack is configured, the flow channel groove provided on the outer surface of the battery is opposed to the flow channel groove of the outermost separator of the adjacent power generation module in the inverted state for the refrigerant. In the step of stacking a plurality of the power generation modules to form the fuel cell stack, the protrusions are adjacent to each other when the adjacent power generation modules are not arranged in the inverted state. A power generation module configured to contact the protrusion provided on the power generation module and prevent assembly of the fuel cell stack. Le.
According to this power generation module, when configuring the fuel cell stack, if the power generation modules are stacked in the wrong arrangement direction, the protrusions of the power generation module and the protrusions provided in the adjacent power generation modules interfere with each other. Therefore, it can suppress that a power generation module will be arrange | positioned with the incorrect arrangement | positioning direction. Therefore, the assembly property of the power generation module is improved.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタック、その燃料電池スタックを備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell stack, a fuel cell system including the fuel cell stack, a vehicle equipped with the fuel cell system, and the like. Can do.

燃料電池の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of a fuel cell. 発電モジュールの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of an electric power generation module. 比較例としての燃料電池の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the fuel cell as a comparative example.

A.実施例:
図1は本発明の一実施例としての燃料電池スタック(以後、単に「燃料電池」とも呼ぶ)の構成を示す概略図である。この燃料電池100は、反応ガスとして水素と酸素との供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池100は、複数の発電モジュール110が積層されたスタック構造を有する。
A. Example:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell stack (hereinafter also simply referred to as “fuel cell”) as an embodiment of the present invention. The fuel cell 100 is a polymer electrolyte fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen and oxygen as reaction gases. The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of power generation modules 110 are stacked.

発電モジュール110は、2つの膜電極接合体11,12と、3枚のセパレータ21,22,23とを有している。各膜電極接合体11,12と各セパレータ21,22,23とはそれぞれ交互に積層される。具体的には、第1のセパレータ21、第1の膜電極接合体11、第2のセパレータ22、第2の膜電極接合体12、第3のセパレータ23の順で積層される。   The power generation module 110 includes two membrane electrode assemblies 11 and 12 and three separators 21, 22, and 23. The membrane electrode assemblies 11, 12 and the separators 21, 22, 23 are alternately stacked. Specifically, the first separator 21, the first membrane electrode assembly 11, the second separator 22, the second membrane electrode assembly 12, and the third separator 23 are stacked in this order.

2つの膜電極接合体11,12はそれぞれ、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜の両面に電極(図示せず)が設けられた発電体である。なお、各電極には、反応ガスを電極面全体に行き渡らせるためのガス拡散層が設けられていることが好ましい。また、各電極には、燃料電池反応を促進するための触媒(例えば白金(Pt))が担持されていることが好ましい。   Each of the two membrane electrode assemblies 11 and 12 is a power generator in which electrodes (not shown) are provided on both surfaces of a solid polymer thin film that exhibits good proton conductivity in a wet state. Each electrode is preferably provided with a gas diffusion layer for spreading the reaction gas over the entire electrode surface. Each electrode preferably carries a catalyst (for example, platinum (Pt)) for promoting the fuel cell reaction.

3枚のセパレータ21,22,23はそれぞれ、ガス不透過の導電性を有する板状部材(例えば金属板)によって構成される。各セパレータ21,22,23は、各膜電極接合体11,12で発電された電気を集電するための集電部として機能する。また、各セパレータ21,22,23は凹凸を有するように波板状に折り曲げられている。これによって、各セパレータ21,22,23のそれぞれの両面には、併走する複数の流路溝(凹部)が、同じ数だけ、同程度の幅で形成されている。なお、図では、第1のセパレータ21の流路溝の深さは、第2と第3のセパレータ22の流路溝の深さよりも浅く形成されており、第2と第3のセパレータ22,23の流路溝の深さは同程度で形成されている。しかし、各セパレータ21,22,23の流路溝の深さは全て同程度であるものとしても良いし、全て異なるものとしても良い。   Each of the three separators 21, 22, and 23 is configured by a plate-like member (for example, a metal plate) having gas-impermeable conductivity. Each separator 21, 22, 23 functions as a current collector for collecting electricity generated by each membrane electrode assembly 11, 12. In addition, each separator 21, 22, 23 is bent into a corrugated shape so as to have irregularities. As a result, a plurality of flow channel grooves (concave portions) that run in parallel are formed on both surfaces of each separator 21, 22, 23 with the same number and the same width. In the figure, the depth of the channel groove of the first separator 21 is formed shallower than the depth of the channel groove of the second and third separators 22, and the second and third separators 22, The depth of the channel groove 23 is approximately the same. However, the depths of the channel grooves of the separators 21, 22, and 23 may be all the same or may be all different.

ここで、発電モジュール110では、各セパレータ21,22,23の流路溝と、各膜電極接合体11,12の電極面とで、反応ガスのための流路が形成される。具体的には、第1のセパレータ21の流路溝と第1の膜電極接合体11の電極面とで第1の水素流路31aが形成される。また、第1の膜電極接合体11と第2のセパレータ22の流路溝とで第1の酸素流路32aが形成される。さらに、第2のセパレータ22の流路溝と第2の膜電極接合体12の電極面とで第2の水素流路31bが形成され、第2の膜電極接合体12の電極面と第3のセパレータ23の流路溝とで第2の酸素流路32bが形成される。なお、水素流路31a,31bと酸素流路32a,32bとは、膜電極接合体11,12を挟んで、互いに対向するように構成されることが好ましい。   Here, in the power generation module 110, a flow path for the reaction gas is formed by the flow path grooves of the separators 21, 22 and 23 and the electrode surfaces of the membrane electrode assemblies 11 and 12. Specifically, the first hydrogen channel 31 a is formed by the channel groove of the first separator 21 and the electrode surface of the first membrane electrode assembly 11. In addition, a first oxygen channel 32 a is formed by the first membrane electrode assembly 11 and the channel groove of the second separator 22. Further, a second hydrogen channel 31b is formed by the channel groove of the second separator 22 and the electrode surface of the second membrane electrode assembly 12, and the electrode surface of the second membrane electrode assembly 12 and the third The second oxygen channel 32b is formed by the channel groove of the separator 23. The hydrogen flow paths 31a and 31b and the oxygen flow paths 32a and 32b are preferably configured to face each other with the membrane electrode assembly 11 and 12 interposed therebetween.

発電モジュール110の外周には、接着シール部40が設けられている。この接着シール部40は、各膜電極接合体11,12と各セパレータ21,22,23とを一体的に接着して保持するとともに、発電モジュール110の外部への流体の漏洩を防止するためのものである。接着シール部40は、接着剤によって形成されるものとしても良いし、射出成形によってシールガスケットとして形成されるものとしても良い。なお、接着シール部40は、電極同士の短絡を防止するために非導電性であることが好ましい。   An adhesive seal portion 40 is provided on the outer periphery of the power generation module 110. The adhesive seal part 40 is used to integrally bond and hold the membrane electrode assemblies 11 and 12 and the separators 21, 22, and 23 and to prevent leakage of fluid to the outside of the power generation module 110. Is. The adhesive seal portion 40 may be formed of an adhesive, or may be formed as a seal gasket by injection molding. In addition, it is preferable that the adhesive seal part 40 is non-conductive in order to prevent a short circuit between electrodes.

接着シール部40には、ガスケット42を配置するための凹部が設けられている。ガスケット42は、燃料電池100の外部への流体の漏洩を防止するため環状部材であり、互いに隣接する発電モジュール110同士の境界に配置される。なお、このガスケット42は、各発電モジュール110が積層されたときに、各発電モジュール110同士の配置位置がずれてしまうことを抑制するための位置決め部としても機能する。   The adhesive seal portion 40 is provided with a recess for arranging the gasket 42. The gasket 42 is an annular member for preventing leakage of fluid to the outside of the fuel cell 100 and is disposed at the boundary between the power generation modules 110 adjacent to each other. In addition, this gasket 42 functions also as a positioning part for suppressing that the arrangement position of each power generation module 110 shifts | deviates when each power generation module 110 is laminated | stacked.

また、接着シール部40の外周のうちの一辺には、突起部45が設けられている。突起部45は、第1のセパレータ21の側から、第3のセパレータ23の側へと、発電モジュール110の厚み方向(積層方向)に渡って延びるとともに、積層される発電モジュール110同士の境界より長さxだけ突出している。この突起部45の機能については後述する。   In addition, a protrusion 45 is provided on one side of the outer periphery of the adhesive seal portion 40. The protrusion 45 extends from the first separator 21 side to the third separator 23 side in the thickness direction (stacking direction) of the power generation module 110 and from the boundary between the power generation modules 110 to be stacked. It protrudes by length x. The function of this protrusion 45 will be described later.

ところで、この燃料電池100では、複数の発電モジュール110が、配置方向を交互に反転させて積層される。具体的には、各発電モジュール110は、隣接する発電モジュール110に対して、積層方向と垂直な面上において180°回転した反転状態で配置される。このように積層されることによって、各発電モジュール110同士の第1のセパレータ21の凸部と第3のセパレータ23の凸部とが直接的に接触する。また、互いに対向する第1のセパレータ21の凹部と第3のセパレータ23の凹部とが互いに対向し合い、併走する複数の流路33が形成される。この流路33には、燃料電池100を冷却するために外部から供給される冷媒が流入する。この流路33を以後、「冷媒流路33」と呼ぶ。   By the way, in this fuel cell 100, a plurality of power generation modules 110 are stacked with their arrangement directions alternately reversed. Specifically, each power generation module 110 is arranged in an inverted state rotated 180 ° on a plane perpendicular to the stacking direction with respect to the adjacent power generation module 110. By being laminated in this way, the convex portions of the first separator 21 and the convex portions of the third separator 23 of the power generation modules 110 are in direct contact with each other. Moreover, the recessed part of the 1st separator 21 and the recessed part of the 3rd separator 23 which mutually oppose each other mutually, and the some flow path 33 which runs side by side is formed. A refrigerant supplied from the outside for cooling the fuel cell 100 flows into the flow path 33. Hereinafter, the flow path 33 is referred to as a “refrigerant flow path 33”.

図2は、図1における2−2切断における燃料電池100の断面を示す概略断面図である。なお、図2では、第1のセパレータ21の流路溝のハッチングを省略することにより、紙面に垂直な方向に沿って見たときの第1のセパレータ21における凸部と区別して示してある。また、図2には、ガスケット42によって形成されるシールラインを一点鎖線によって図示してある。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the fuel cell 100 taken along the line 2-2 in FIG. In FIG. 2, by omitting hatching of the flow channel of the first separator 21, the first separator 21 is distinguished from the convex portion of the first separator 21 when viewed along the direction perpendicular to the paper surface. Further, in FIG. 2, the seal line formed by the gasket 42 is illustrated by a one-dot chain line.

各発電モジュール110の接着シール部40には、水素の供給用および排出用のマニホールド51,52と、酸素の供給用および排出用のマニホールド53,54と、冷媒の供給用および排出用のマニホールド55,56が貫通孔として設けられている。また、接着シール部40には、各マニホールド51〜56を囲むシールラインと、各マニホールド51〜56と各流体流路31〜33(図1)とを連結する流路とが設けられているが、その図示および説明は省略する。各マニホールド51〜56は、流体の種類に応じたサイズで形成されるものとしても良い。なお、図では、水素用のマニホールド51,52が最も小さいサイズで設けられ、冷媒用のマニホールド55,56が最も大きいサイズで形成されているが、各マニホールド51〜56は、他のサイズで形成されるものとしても良い。   The adhesive seal portion 40 of each power generation module 110 includes hydrogen supply and discharge manifolds 51 and 52, oxygen supply and discharge manifolds 53 and 54, and refrigerant supply and discharge manifolds 55. , 56 are provided as through holes. In addition, the adhesive seal portion 40 is provided with a seal line that surrounds the manifolds 51 to 56 and a flow path that connects the manifolds 51 to 56 and the fluid flow paths 31 to 33 (FIG. 1). The illustration and description thereof will be omitted. Each manifold 51-56 is good also as what is formed in the size according to the kind of fluid. In the figure, the hydrogen manifolds 51 and 52 are provided in the smallest size, and the refrigerant manifolds 55 and 56 are formed in the largest size, but the manifolds 51 to 56 are formed in other sizes. It may be done.

各マニホールド51〜56は、各供給用マニホールド51〜53と、各排出用マニホールド54〜56とが発電領域を挟んで対角するように設けられている。より具体的には、各マニホールド51〜56は、発電モジュール110の中心を対称中心として点対称に形成されている。従って、発電モジュール110を、紙面上下方向に反転するように180°回転させた場合には、供給用の各マニホールド51〜53の位置と排出用の各マニホールド54〜56の位置とが入れ替わる。即ち、上述したように、燃料電池100を構成する際に、一部の発電モジュール110の配置方向を反転させて配置した場合であっても、全ての発電モジュール110の各マニホールド51〜56は連結される。なお、発電モジュール110では、各マニホールド51〜56以外に、発電領域の形状や、接着シール部40に設けられるシールラインの形状などが、発電モジュール110の中心を対称中心として点対称に形成されることが好ましい。   Each of the manifolds 51 to 56 is provided so that each of the supply manifolds 51 to 53 and each of the discharge manifolds 54 to 56 face each other across the power generation region. More specifically, the manifolds 51 to 56 are formed in point symmetry with the center of the power generation module 110 as the center of symmetry. Therefore, when the power generation module 110 is rotated 180 ° so as to be reversed in the vertical direction on the paper surface, the positions of the supply manifolds 51 to 53 and the positions of the discharge manifolds 54 to 56 are interchanged. That is, as described above, when the fuel cell 100 is configured, the manifolds 51 to 56 of all the power generation modules 110 are connected even when the arrangement directions of some of the power generation modules 110 are reversed. Is done. In the power generation module 110, in addition to the manifolds 51 to 56, the shape of the power generation region, the shape of the seal line provided in the adhesive seal portion 40, and the like are formed point-symmetrically with the center of the power generation module 110 as the center of symmetry. It is preferable.

図3は、本発明の比較例としての燃料電池100aの構成を示す概略図である。図3は、突起部45が設けられていない点と、全ての発電モジュール110が、同じ配置方向で積層されている点以外は、図1とほぼ同じである。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell 100a as a comparative example of the present invention. FIG. 3 is substantially the same as FIG. 1 except that the protrusion 45 is not provided and that all the power generation modules 110 are stacked in the same arrangement direction.

この比較例の燃料電池100aでは、各発電モジュール110同士の境界において、第1のセパレータ21の凸部と第3のセパレータ23の流路溝とが互いに対向して、第1と第3のセパレータ21,23同士が接触する。従って、各発電モジュール110の間に形成される冷媒流路は、第3のセパレータ23側の冷媒流路33aと第1のセパレータ23側の冷媒流路33bとに分断されて形成されてしまう。そのため、各冷媒流路33a,33bの流路断面積が、本実施例の燃料電池100における冷媒流路33の流路断面積より小さくなり、流入する冷媒の圧力損失が増大し、冷媒による冷却効率が低下してしまう。また、第1と第3のセパレータ21,23同士の接触面積が、本実施例の燃料電池100の場合より減少してしまうため各発電モジュール110間における接触抵抗が増大してしまう。   In the fuel cell 100a of the comparative example, at the boundary between the power generation modules 110, the convex portion of the first separator 21 and the flow channel groove of the third separator 23 face each other, so that the first and third separators 21 and 23 contact each other. Therefore, the refrigerant flow path formed between the power generation modules 110 is divided into the refrigerant flow path 33a on the third separator 23 side and the refrigerant flow path 33b on the first separator 23 side. Therefore, the flow passage cross-sectional area of each refrigerant flow passage 33a, 33b becomes smaller than the flow passage cross-sectional area of the refrigerant flow passage 33 in the fuel cell 100 of the present embodiment, the pressure loss of the refrigerant flowing in increases, and cooling by the refrigerant. Efficiency will decrease. In addition, since the contact area between the first and third separators 21 and 23 is smaller than that of the fuel cell 100 of the present embodiment, the contact resistance between the power generation modules 110 is increased.

即ち、この比較例の燃料電池100aでは、本実施例の燃料電池100よりも発電効率が低下してしまう可能性がある。従って、本実施例の燃料電池100のように、配置方向を180°回転させた発電モジュール110と、回転させていない発電モジュール110とを交互に積層する方が好ましい。   That is, in the fuel cell 100a of this comparative example, the power generation efficiency may be lower than that of the fuel cell 100 of the present embodiment. Therefore, as in the fuel cell 100 of the present embodiment, it is preferable to alternately stack the power generation modules 110 whose arrangement directions are rotated by 180 ° and the power generation modules 110 that are not rotated.

ここで、各発電モジュール110には突起部45が設けられており、この突起部45は、長さxだけ隣り合う発電モジュール110同士の境界から突出している(図1)。そのため、燃料電池100を構成するための発電モジュール110の積層工程において、発電モジュール110の配置方向を交互に反転させることなく積層しようとすると、各発電モジュール110の突起部45同士が互いに接触して干渉し合う。従って、燃料電池100の組み立ての際に、発電モジュール110が誤った配置方向で積層されることを抑制でき、発電モジュール110の組み付け性が向上する。   Here, each power generation module 110 is provided with a protrusion 45, and this protrusion 45 protrudes from the boundary between the adjacent power generation modules 110 by a length x (FIG. 1). Therefore, in the stacking process of the power generation modules 110 for constituting the fuel cell 100, if the stacking is attempted without alternately reversing the arrangement direction of the power generation modules 110, the protrusions 45 of the power generation modules 110 come into contact with each other. Interfere with each other. Therefore, when the fuel cell 100 is assembled, it is possible to prevent the power generation module 110 from being stacked in an incorrect arrangement direction, and the assembly property of the power generation module 110 is improved.

なお、突起部45が各発電モジュール110の境界から突出する長さxは、発電モジュール110の厚みtより小さいことが好ましい(0<x<t)。これによって、配置方向が同じ発電モジュール110同士の突起部45が干渉し合うことを回避できる。また、突起部45には、突起部45同士の接触を検出するセンサが設けられるものとしても良い。これによって、さらに、発電モジュール110の配置方向の誤りの発生を抑制でき、その組み付け性が向上する。   In addition, it is preferable that the length x that the protrusion 45 projects from the boundary of each power generation module 110 is smaller than the thickness t of the power generation module 110 (0 <x <t). Thereby, it can avoid that the projection part 45 of the power generation modules 110 with the same arrangement direction interferes. Further, the protrusion 45 may be provided with a sensor for detecting contact between the protrusions 45. This further suppresses the occurrence of errors in the arrangement direction of the power generation module 110 and improves the assemblability.

このように、本実施例の発電モジュール110によれば、ガスケット42や突起部45によって、燃料電池100を構成する際の積層工程において、発電モジュール110が誤った配置位置や配置方向で積層されてしまうことを抑制できる。また、発電モジュール110は、2つの膜電極接合体11,12と3枚のセパレータ21,22,23とで構成されており、燃料電池100は、各発電モジュール110同士の境界に冷媒流路33が設けられる。従って、本実施例の発電モジュール110によれば、各膜電極接合体ごとに冷媒流路が設けられる燃料電池に比較して、燃料電池100を小型化することができる。さらに、本実施例の発電モジュール110によれば、燃料電池100において各発電モジュール110同士の間に形成される冷媒流路33の圧力損失の低下や、各発電モジュール110同士の間の接触抵抗の増大を抑制することができる。従って、燃料電池100の発電効率の低下を抑制できる。   As described above, according to the power generation module 110 of the present embodiment, the power generation module 110 is stacked in the wrong arrangement position and direction by the gasket 42 and the protrusion 45 in the stacking process when the fuel cell 100 is configured. Can be suppressed. The power generation module 110 includes two membrane electrode assemblies 11 and 12 and three separators 21, 22 and 23, and the fuel cell 100 includes a refrigerant flow path 33 at the boundary between the power generation modules 110. Is provided. Therefore, according to the power generation module 110 of the present embodiment, the fuel cell 100 can be downsized as compared with a fuel cell in which a refrigerant flow path is provided for each membrane electrode assembly. Furthermore, according to the power generation module 110 of the present embodiment, the pressure loss of the refrigerant flow path 33 formed between the power generation modules 110 in the fuel cell 100 and the contact resistance between the power generation modules 110 are reduced. The increase can be suppressed. Accordingly, a decrease in power generation efficiency of the fuel cell 100 can be suppressed.

なお、本実施例の発電モジュール110は、2つの膜電極接合体11,12と、3枚のセパレータ21,22,23とを有していたが、発電モジュール110は、さらに複数の膜電極接合体およびセパレータを有しているものとしても良い。即ち、発電モジュール110は、2N(Nは自然数)個の膜電極接合体と、2N+1枚のセパレータとを有し、2N個の膜電極接合体のそれぞれがセパレータによって狭持されるように交互に配置されるものとしても良い。   Although the power generation module 110 of this example has the two membrane electrode assemblies 11 and 12 and the three separators 21, 22, and 23, the power generation module 110 further includes a plurality of membrane electrode assemblies. It is good also as what has a body and a separator. In other words, the power generation module 110 has 2N (N is a natural number) membrane electrode assemblies and 2N + 1 separators, and alternately the 2N membrane electrode assemblies are sandwiched by the separators. It may be arranged.

11…第1の膜電極接合体
12…第2の膜電極接合体
21…第1のセパレータ
22…第2のセパレータ
23…第3のセパレータ
31a…第1の水素流路
31b…第2の水素流路
32a…第1の酸素流路
33,33a,33b…冷媒流路
40…接着シール部
42…ガスケット
45…突起部
51〜56…マニホールド
100,100a…燃料電池
110…発電モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st membrane electrode assembly 12 ... 2nd membrane electrode assembly 21 ... 1st separator 22 ... 2nd separator 23 ... 3rd separator 31a ... 1st hydrogen flow path 31b ... 2nd hydrogen Flow path 32a ... First oxygen flow path 33, 33a, 33b ... Refrigerant flow path 40 ... Adhesive seal part 42 ... Gasket 45 ... Projection part 51-56 ... Manifold 100, 100a ... Fuel cell 110 ... Power generation module

Claims (1)

燃料電池スタックを構成するために積層される発電モジュールであって、積層される際に、隣接する発電モジュールに対して、積層方向と垂直な面上において180°回転した反転状態で積層可能なように構成された発電モジュールであり、
電解質膜の両面に電極が配置された発電体である2N(Nは自然数)個の膜電極接合体と、
流体のための流路溝が両面に設けられた2N+1枚のセパレータと、
を備え、
前記2N個の膜電極接合体と前記2N+1枚のセパレータとは、前記2N個の膜電極接合体のそれぞれが前記セパレータによって狭持されるように交互に配置されるとともに、外部への流体の漏洩を防止するために前記発電モジュールの外周を囲むように設けられたシール部によって一体的に保持され、
前記シール部の外周には、前記発電モジュールの厚み方向に渡って延びるとともに、前記燃料電池を構成したときに、隣接する発電モジュールの側まで突出する突起部が設けられており、
前記発電モジュールの最も外側に配置された最外部セパレータの外表面に設けられた前記流路溝は、前記燃料電池スタックが構成されたときに、前記反転状態にある前記隣接する発電モジュールの最外部セパレータの流路溝と対向して冷媒のための冷媒流路を形成し、
前記突起部は、前記燃料電池スタックを構成するために複数の前記発電モジュールを積層する工程において、隣接する発電モジュールが前記反転状態で配置されない場合には、前記隣接する発電モジュールに設けられた前記突起部と接触して前記燃料電池スタックの組み立てを妨げるように構成されている、発電モジュール。
A power generation module that is stacked to constitute a fuel cell stack, and when stacked, the power generation modules can be stacked in an inverted state rotated 180 ° on a plane perpendicular to the stacking direction with respect to adjacent power generation modules. A power generation module configured in
2N (N is a natural number) membrane electrode assemblies, which are power generation bodies in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane;
2N + 1 separators provided on both sides with flow channel grooves for fluid;
With
The 2N membrane electrode assemblies and the 2N + 1 separators are alternately arranged so that each of the 2N membrane electrode assemblies is sandwiched between the separators, and fluid leaks to the outside. Is integrally held by a seal portion provided so as to surround the outer periphery of the power generation module,
The outer periphery of the seal portion is provided with a protrusion that extends in the thickness direction of the power generation module and projects to the side of the adjacent power generation module when the fuel cell is configured.
The flow channel groove provided on the outer surface of the outermost separator disposed on the outermost side of the power generation module is the outermost part of the adjacent power generation module in the inverted state when the fuel cell stack is configured. A coolant channel for the coolant is formed opposite to the channel groove of the separator,
In the step of stacking a plurality of the power generation modules to form the fuel cell stack, the protrusion is provided in the adjacent power generation module when the adjacent power generation modules are not arranged in the inverted state. A power generation module configured to contact a protrusion and prevent assembly of the fuel cell stack.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022126256A (en) * 2021-02-18 2022-08-30 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method and manufacturing device for fuel battery stack

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015510218A (en) * 2012-03-09 2015-04-02 日産自動車株式会社 Fuel cell stack and seal plate used for fuel cell stack
JP2022126256A (en) * 2021-02-18 2022-08-30 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method and manufacturing device for fuel battery stack
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