JP2007294247A

JP2007294247A - Separator of fuel cell

Info

Publication number: JP2007294247A
Application number: JP2006121188A
Authority: JP
Inventors: Kei Yamamoto; 佳位山本; Yuichi Yatsugami; 裕一八神; Jiro Aizaki; 次郎合▲崎▼; Junichi Shirahama; 淳一白濱
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to compactly arrange a positioning opening and manifolds. <P>SOLUTION: Only a part formed around the positioning opening 21 provided at the separator for positioning the same 20 in a contour of manifolds 15 to 17 for supplying and exhausting reaction gas or a cooling medium to and from each cell is shaped along the contour of the positioning opening 21 or a shape skewing in accordance with a position of the positioning opening. For instance, the contour of the manifold 16 is nearly quadrilateral, only sides in the vicinity of the positioning opening 21 out of four sides forming the contour are formed as slanted sides 16c, 17c against sides making up a contour of the separator 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のセパレータに関する。さらに詳述すると、本発明は、反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成されているセパレータの構造ないしは形状の改良に関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell. More specifically, the present invention relates to an improvement in the structure or shape of a separator in which a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell is formed.

一般に燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は、電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。この場合、セパレータとしては、例えばその周縁あるいはその近傍に位置決め用のノックピンが挿入される孔が形成されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０９３４７号公報 In general, a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell) is configured by stacking a plurality of cells each having an electrolyte sandwiched between separators. In this case, as the separator, for example, a separator in which a hole into which a positioning knock pin is inserted is formed at the periphery or in the vicinity thereof is proposed (for example, see Patent Document 1).
JP 2005-209347 A

しかしながら、セパレータの周縁に近い部分にはマニホールドなども形成する必要があることから、それら各部の構成をコンパクトにレイアウトする技術が望まれている。 However, since it is necessary to form a manifold or the like near the periphery of the separator, a technique for compactly laying out the configuration of each part is desired.

そこで、本発明は、位置決め用孔とマニホールドとをコンパクトに配置できるようにした燃料電池のセパレータを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell separator in which positioning holes and a manifold can be arranged in a compact manner.

かかる課題を解決するべく、本発明にかかるセパレータは、反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成された燃料電池のセパレータであって、前記マニホールドの輪郭のうち、前記セパレータを位置決めするため当該セパレータに設けられている位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状に形成されているというものである。 In order to solve this problem, a separator according to the present invention is a fuel cell separator in which a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell is formed. In order to position the separator, only the portion formed in the periphery of the positioning hole provided in the separator is formed in a shape that is inclined according to the position of the positioning hole.

かかる燃料電池のセパレータに形成されたマニホールドは、その輪郭の一部が、位置決め用孔の位置に応じて斜行する直線または曲線により、当該位置決め用孔を避けつつこの位置決め用孔の近傍となるように形成される。このため、このセパレータによれば、位置決め用孔とマニホールドのそれぞれの機能を何ら損なうことなく両者をコンパクトにレイアウトすることが可能である。 The manifold formed in the separator of such a fuel cell has a part of its contour in the vicinity of the positioning hole while avoiding the positioning hole by a slanting straight line or curve depending on the position of the positioning hole. Formed as follows. For this reason, according to this separator, it is possible to lay out both compactly without impairing the function of each of the positioning hole and the manifold.

また、セパレータにおいては、前記マニホールドの輪郭が略四辺形であり、当該輪郭を形成する四辺のうち前記位置決め用孔の近傍に位置する辺のみが、当該セパレータの輪郭をなす辺に対して傾斜した斜辺として形成されていてもよい。当該辺のみが傾斜した四辺形つまり台形状にされたマニホールドは、マニホールドと発電領域の間の流体流れ方向に沿って給排幅（流路幅）が変化する形状となる。 Further, in the separator, the outline of the manifold is a substantially quadrangular shape, and among the four sides forming the outline, only the side located in the vicinity of the positioning hole is inclined with respect to the side forming the outline of the separator. It may be formed as a hypotenuse. A quadrilateral or trapezoidal manifold in which only the side is inclined has a shape in which the supply / discharge width (flow channel width) changes along the fluid flow direction between the manifold and the power generation region.

また、かかるセパレータにおいては、前記マニホールドにおける前記反応ガスまたは前記冷却用冷媒の給排幅が、当該セパレータにおける発電領域に近付くにつれて幅広となるように形成されていることが好ましい。当該マニホールドのうち、発電領域に連通する部分の幅が広がることによって流体給排時の流れ抵抗がより少なくなり、いわゆるボトルネックとなることを回避することができる。 Moreover, in such a separator, it is preferable that the supply / discharge width of the reaction gas or the cooling refrigerant in the manifold is formed so as to become wider as it approaches the power generation region in the separator. By expanding the width of the portion of the manifold that communicates with the power generation region, the flow resistance at the time of fluid supply / discharge is reduced, and so-called bottleneck can be avoided.

さらに本発明のセパレータにおいては、前記位置決め用孔を挟んで隣接する２つの前記マニホールドの輪郭のうち、前記位置決め用孔の周辺に形成される部分のいずれもが、当該位置決め用孔の輪郭に沿った形状または当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状に形成されている。この場合、当該位置決め用孔を挟んで隣接する２つのマニホールドのいずれとも、発電領域に連通する部分の幅が広がることによってボトルネックとなるのをさらに回避しやすくなる。 Furthermore, in the separator of the present invention, of the two manifolds adjacent to each other with the positioning hole interposed therebetween, any part formed around the positioning hole follows the contour of the positioning hole. Or a slanting shape according to the position of the positioning hole. In this case, it becomes easier to avoid bottlenecks due to the wide width of the portion communicating with the power generation region in any of the two adjacent manifolds with the positioning hole interposed therebetween.

また、上記のセパレータにおいて、前記２つのマニホールドの輪郭のうち前記位置決め用孔の周辺に形成される部分が線対称な形状に形成されていることも好ましい。 In the separator described above, it is also preferable that a portion formed around the positioning hole in the outline of the two manifolds is formed in a line-symmetric shape.

さらに、本発明は、反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成された燃料電池のセパレータであって、前記マニホールドの輪郭のうち、前記セパレータを位置決めするため当該セパレータに設けられている位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが当該位置決め用孔の輪郭に沿った形状に形成されているというものでもある。 Furthermore, the present invention provides a separator for a fuel cell in which a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell is formed, and the separator is positioned in the contour of the manifold to position the separator. Only the part formed in the periphery of the positioning hole provided is also formed in a shape along the contour of the positioning hole.

かかる燃料電池のセパレータに形成されたマニホールドは、その輪郭の一部が、位置決め用孔の輪郭に沿った直線または曲線により、当該位置決め用孔を避けつつこの位置決め用孔の近傍となるように形成される。このため、このセパレータによれば、位置決め用孔とマニホールドのそれぞれの機能を何ら損なうことなく両者をコンパクトにレイアウトすることが可能である。 The manifold formed in the separator of such a fuel cell is formed such that a part of its contour is in the vicinity of the positioning hole while avoiding the positioning hole by a straight line or a curve along the contour of the positioning hole. Is done. For this reason, according to this separator, it is possible to lay out both compactly without impairing the function of each of the positioning hole and the manifold.

さらに、各セパレータにおいては、前記位置決め用孔が、各マニホールドの中心を連なって通る中心線よりも外側に形成されていることが好ましい。この場合、発電領域に向けてマニホールドの給排幅（流路幅）が広がる形状とすることができる。 Furthermore, in each separator, it is preferable that the positioning hole is formed outside a center line passing through the center of each manifold. In this case, the supply / discharge width (flow channel width) of the manifold can be increased toward the power generation region.

本発明によれば、位置決め用孔とマニホールドとをコンパクトに配置することが可能となる。 According to the present invention, the positioning hole and the manifold can be arranged in a compact manner.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図１〜図３に本発明にかかる燃料電池の実施形態を示す。本実施形態における燃料電池のセパレータ２０は、反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成されているというものである。本実施形態では、このようなセパレータにおけるマニホールドの輪郭のうち、セパレータを位置決めするため当該セパレータに設けられている位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが、当該位置決め用孔の輪郭に沿った形状または当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状となるように形成している。 1 to 3 show an embodiment of a fuel cell according to the present invention. The separator 20 of the fuel cell in the present embodiment is formed with a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell. In the present embodiment, of the contour of the manifold in such a separator, only the portion formed around the positioning hole provided in the separator for positioning the separator is along the contour of the positioning hole. It is formed so as to be inclined according to the shape or the position of the positioning hole.

以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池を構成するセル２の概略構成について説明し、その後、セパレータに形成されるマニホールドの形状等について説明することとする。 In the embodiment described below, first, the schematic configuration of the cell 2 constituting the fuel cell will be described, and then the shape of the manifold formed on the separator will be described.

図１に本実施形態における燃料電池のセル２の概略構成を示す。セル２は、複数積層されてスタック（セルスタック）を構成する。また、このように形成されたスタックは、例えばスタック両端を支持板（図示省略）で挟まれ、さらにこれら対向する支持板どうしを繋ぐようにテンションプレート（図示省略）が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結される。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a cell 2 of a fuel cell in the present embodiment. A plurality of cells 2 are stacked to form a stack (cell stack). In addition, the stack formed in this manner is stacked in a state in which, for example, both ends of the stack are sandwiched between support plates (not shown), and tension plates (not shown) are arranged so as to connect the opposing support plates. The load is applied to and fastened.

なお、このようなセル２が積層されたスタックによって構成される燃料電池は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の燃料電池としても用いることが可能である。 In addition, although the fuel cell comprised by the stack | stack with which such a cell 2 was laminated | stacked can be utilized, for example as a vehicle-mounted power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle), it is not restricted to this. In addition, it can be used as a power generation system mounted on various mobile bodies (for example, ships, airplanes, etc.), self-propelled devices such as robots, and also as a stationary fuel cell.

セル２は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０と、ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図１においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂを付して示す）とで構成されている（図１参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。さらに、ＭＥＡ３０と各セパレータ２０ａ，２０ｂとは、それらの間の周辺部を第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂとともにモールドされている。 The cell 2 includes an electrolyte, specifically, a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA; Membrane Electrode Assembly) 30 and a pair of separators 20 sandwiching the MEA 30 (indicated by reference numerals 20a and 20b in FIG. 1). (See FIG. 1). The MEA 30 and the separators 20a and 20b are formed in a substantially rectangular plate shape. Further, the MEA 30 is formed so that its outer shape is smaller than the outer shape of each separator 20a, 20b. Furthermore, the MEA 30 and the separators 20a and 20b are molded together with the first seal member 13a and the second seal member 13b at the peripheral portion between them.

ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極３２ａ，３２ｂ（アノードおよびカソード）とで構成されている。これらのうち、電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも僅かに大きくなるように形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。 The MEA 30 includes a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as an electrolyte membrane) 31 made of an ion exchange membrane made of a polymer material, and a pair of electrodes 32a and 32b (anode and cathode) sandwiching the electrolyte membrane 31 from both sides. Has been. Among these, the electrolyte membrane 31 is formed to be slightly larger than the electrodes 32a and 32b. The electrodes 32a and 32b are joined to the electrolyte membrane 31 by, for example, a hot press method while leaving the peripheral edge portion 33.

ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。 The electrodes 32a and 32b constituting the MEA 30 are made of, for example, a porous carbon material (diffusion layer) carrying a catalyst such as platinum attached to the surface thereof. One electrode (anode) 32a is supplied with hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas), and the other electrode (cathode) 32b is supplied with an oxidizing gas (reactive gas) such as air or an oxidant. An electrochemical reaction is generated in the MEA 30 by the gas, and the electromotive force of the cell 2 is obtained.

セパレータ２０ａ，２０ｂは、ガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。 Separator 20a, 20b is comprised with the gas-impermeable electroconductive material. Examples of the conductive material include carbon and a hard resin having conductivity, and metals such as aluminum and stainless steel. The base material of the separators 20a and 20b of this embodiment is formed of a plate-like metal (metal separator), and a film (for example, gold plating) having excellent corrosion resistance is provided on the surface of the base material on the electrodes 32a and 32b side. Is formed).

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、セル２におけるこれらガス流路３４およびガス流路３５は互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形の流路が形成される構造となっている（図１参照）。なお、隣接するセル２，２のセパレータ２０ａとセパレータ２０ｂは、それらの間における周辺の部分がシール部材によりモールドされるようになっている。 Further, a groove-like flow path constituted by a plurality of concave portions is formed on both surfaces of the separators 20a and 20b. These flow paths can be formed by press molding in the case of the separators 20a and 20b of the present embodiment in which the base material is formed of, for example, a plate-like metal. The groove-shaped flow path formed in this way constitutes a gas flow path 34 for oxidizing gas, a gas flow path 35 for hydrogen gas, or a cooling water flow path 36. More specifically, a plurality of gas passages 35 for hydrogen gas are formed on the inner surface on the electrode 32a side of the separator 20a, and a plurality of cooling water passages 36 are formed on the back surface (outer surface). (See FIG. 1). Similarly, a plurality of gas channels 34 for oxidizing gas are formed on the inner surface of the separator 20b on the electrode 32b side, and a plurality of cooling water channels 36 are formed on the back surface (outer surface) (FIG. 1). reference). For example, in the case of this embodiment, the gas flow path 34 and the gas flow path 35 in the cell 2 are formed to be parallel to each other. Further, in the present embodiment, regarding the two adjacent cells 2 and 2, when the outer surface of the separator 20a of one cell 2 and the outer surface of the separator 20b of the cell 2 adjacent thereto are attached together, The water flow path 36 is integrated to form a flow path having a rectangular cross section (see FIG. 1). In addition, the separator 20a and the separator 20b of the adjacent cells 2 and 2 are molded with a sealing member at the peripheral portion between them.

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた透孔によって形成されている（図１参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも透孔によって形成されている（図１参照）。 Further, in the vicinity of the longitudinal ends of the separators 20a and 20b (in the case of this embodiment, in the vicinity of one end shown on the left side in FIG. 1), the manifold 15a on the inlet side of the oxidizing gas, hydrogen gas An outlet side manifold 16b and a cooling water outlet side manifold 17b are formed. For example, in the case of this embodiment, these manifolds 15a, 16b, and 17b are formed by through holes provided in the respective separators 20a and 20b (see FIG. 1). Further, an oxidant gas outlet side manifold 15b, a hydrogen gas inlet side manifold 16a, and a cooling water inlet side manifold 17a are formed at opposite ends of the separators 20a and 20b. In the case of this embodiment, these manifolds 15b, 16a, and 17a are also formed by through holes (see FIG. 1).

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。 Among the manifolds as described above, the inlet side manifold 16a and the outlet side manifold 16b for the hydrogen gas in the separator 20a are connected to the inlet side communication passage 61 and the outlet side communication passage 62 formed in the separator 20a in a groove shape. Each communicates with a gas flow path 35 of hydrogen gas. Similarly, the inlet side manifold 15a and the outlet side manifold 15b for the oxidizing gas in the separator 20b are oxidized via the inlet side communication passage 63 and the outlet side communication passage 64 formed in the separator 20b in a groove shape. The gas communicates with the gas flow path 34 (see FIG. 1). Further, the inlet side manifold 17a and the outlet side manifold 17b of the cooling water in each separator 20a, 20b are connected to each separator 20a, 20b through an inlet side communication passage 65 and an outlet side communication passage 66 formed in a groove shape. Each communicates with the cooling water passage 36. With the configuration of the separators 20a and 20b as described above, the cell 2 is supplied with oxidizing gas, hydrogen gas, and cooling water. As a specific example, for example, hydrogen gas passes through the communication passage 61 from the inlet side manifold 16a of the separator 20a and flows into the gas flow path 35, and is supplied to the power generation of the MEA 30. It passes through and flows out to the outlet side manifold 16b.

第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに枠状でありほぼ同一形状に形成されている部材である（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。 The first seal member 13a and the second seal member 13b are both frame-shaped members that are formed in substantially the same shape (see FIG. 1). Among these, the first seal member 13a is provided between the MEA 30 and the separator 20a, and more specifically, the peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31, and the portion of the separator 20a around the gas flow path 35. Between the two. The second seal member 13b is provided between the MEA 30 and the separator 20b. More specifically, the second seal member 13b is formed between the peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31 and a portion of the separator 20b around the gas flow path 34. It is provided so as to be interposed therebetween.

さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、枠状の第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。ちなみに、本実施形態のセル２においては、セパレータ２０ａ，２０ｂにおける流体の各種通路（３４〜３６，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，６１〜６６）のうち、各種流体の入口側のマニホールド１５ａ，１６ａ，１７ａおよび出口側のマニホールド１５ｂ，１６ｂ，１７ｂが、第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂや第３シール部材１３ｃの外側に位置する通路ということになる（図１参照）。 Further, a frame-shaped third seal member 13c is provided between the separators 20b and 20a of the adjacent cells 2 and 2 (see FIG. 1). The third seal member 13c is provided so as to be interposed between a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20b and a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20a, and seals between them. It is. By the way, in the cell 2 of the present embodiment, among the various fluid passages (34 to 36, 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b, 61-66) in the separators 20a and 20b, The manifolds 15a, 16a, 17a and the outlet side manifolds 15b, 16b, 17b are passages located outside the first seal member 13a, the second seal member 13b, and the third seal member 13c (see FIG. 1). .

ここで、図１においては各マニホールド１５ａ〜１７ｂの形状、および位置決め用孔の形態については特に示さなかったが、本実施形態では、これらマニホールド１５ａ〜１７ｂの輪郭のうち、位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが当該位置決め用孔に沿った形状、または当該位置決め用孔の位置（配置）に応じて斜行する形状としている（図２参照）。以下、図２を用いてこのような形状あるいは構成について説明する。なお、以下では各マニホールドを単に符号１５，１６，１７で示す（図２参照）。また、図２においては連絡通路（６４，６５，６６）を図示していない。 Here, in FIG. 1, the shapes of the manifolds 15 a to 17 b and the shape of the positioning holes are not particularly shown, but in the present embodiment, around the positioning holes in the outline of the manifolds 15 a to 17 b. Only the part to be formed has a shape along the positioning hole or a shape that skews in accordance with the position (arrangement) of the positioning hole (see FIG. 2). Hereinafter, such a shape or configuration will be described with reference to FIG. In the following, each manifold is simply indicated by reference numerals 15, 16, and 17 (see FIG. 2). Further, in FIG. 2, the communication passages (64, 65, 66) are not shown.

＜第１の実施形態＞
まず、位置決め用孔２１は、セパレータ２０を位置決めするため当該セパレータ２０に設けられているものである（図２参照）。より具体的に説明すると、本実施形態の位置決め用孔２１は、当該セパレータ２０の角部やその近傍にではなく、角部と角部の半ば付近であってマニホールド１５〜１７が形成される領域またはその近傍に設けられている。さらに、この位置決め用孔２１は、マニホールド１６，１７の中心を連なって通る中心線よりも僅かに外側に位置するように形成されている（図２参照）。このように形成されている位置決め用孔２１は、位置決め用のピン（ノックピン）がセル積層方向またはセルの厚さ方向に略垂直に挿入されることによってセパレータ２０を位置決めするように機能する。 <First Embodiment>
First, the positioning hole 21 is provided in the separator 20 for positioning the separator 20 (see FIG. 2). More specifically, the positioning hole 21 of the present embodiment is not in the corner of the separator 20 or in the vicinity thereof, but in the vicinity of the corner and the middle of the corner, where the manifolds 15 to 17 are formed. Or it is provided in the vicinity. Further, the positioning hole 21 is formed so as to be located slightly outside the center line passing through the centers of the manifolds 16 and 17 (see FIG. 2). The positioning holes 21 formed in this way function to position the separator 20 by inserting positioning pins (knock pins) substantially perpendicularly to the cell stacking direction or the cell thickness direction.

なお、ここでいう位置決めとは、セルあるいはスタック形成時に用いるもののみならず、例えば当該セパレータ２０の成形時に用いるようなものも含む。すなわち、例えばセパレータ２０どうしを重ね合わせたりセルを積層したりする際に用いられる位置決め用の孔のみならず、セパレータ２０のプレス成形時に位置決め用として用いられる位置決め用の孔なども本明細書でいう位置決め用孔２１に含まれる。要は、セパレータ２０のいずれかに設けられる位置決め用の孔であって、当該部分にマニホールドを設けることはできないものが本発明の適用対象に含まれる。 Note that the term “positioning” as used herein includes not only the one used when forming a cell or a stack, but also one used when molding the separator 20, for example. That is, for example, not only positioning holes used when the separators 20 are stacked or cells are stacked, but also positioning holes used for positioning when the separators 20 are press-formed are referred to in this specification. It is included in the positioning hole 21. In short, positioning holes provided in any one of the separators 20 and in which a manifold cannot be provided in the part are included in the application target of the present invention.

例えば図２に示すセパレータ２０においては、セパレータ２０の長手方向端部付近であってマニホールド１５〜１７が形成される領域に透孔からなる位置決め用孔２１が形成されている。ただし、ここでは位置決め用孔２１として透孔を図示しているがこれは位置決め用孔２１の一形態に過ぎない。この他、位置決めに利用しうる凹部や窪みなども位置決め用孔２１と機能しうるからこれに含まれる。要は、貫通しているか否かにかかわらず、位置決め用孔２１であって当該位置にマニホールド１５〜１７を配置できないもの（マニホールド１５〜１７と両立することができない位置決め用の孔）が本明細書での位置決め用孔２１に含まれる。 For example, in the separator 20 shown in FIG. 2, a positioning hole 21 made of a through hole is formed in a region near the longitudinal end of the separator 20 and where the manifolds 15 to 17 are formed. However, although a through hole is illustrated as the positioning hole 21 here, this is only one form of the positioning hole 21. In addition to this, a recess or a recess that can be used for positioning functions as the positioning hole 21, and is included in this. In short, regardless of whether or not it is penetrating, positioning hole 21 that cannot place manifolds 15 to 17 at the position (positioning hole that cannot be compatible with manifolds 15 to 17) is described in this specification. It is included in the hole 21 for positioning in a letter.

さらに、この燃料電池のセパレータ２０においては、当該セパレータ２０に形成されるマニホールドの輪郭のうち、上述の位置決め用孔２１の周辺に形成される部分のみが、位置決め用孔２１の輪郭に沿った形状または当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状となっている。具体例を挙げて説明すると、例えば本実施形態では、水素ガス用マニホールド１６および冷却水用マニホールド１７を、これら水素ガス用マニホールド１６と冷却水用マニホールド１７との間に設けられた位置決め用孔２１に応じた形状に形成している。 Furthermore, in the separator 20 of the fuel cell, only the portion formed around the positioning hole 21 in the outline of the manifold formed in the separator 20 is shaped along the outline of the positioning hole 21. Alternatively, the shape is inclined according to the position of the positioning hole. For example, in this embodiment, the hydrogen gas manifold 16 and the cooling water manifold 17 are positioned between the hydrogen gas manifold 16 and the cooling water manifold 17 in this embodiment. It is formed in a shape according to.

より具体的には、水素ガス用マニホールド１６の輪郭のうち、位置決め用孔２１の周辺に形成される部分を当該位置決め用孔２１の近傍を斜行する斜辺１６ｃで形成している。同様に、冷却水用マニホールド１７の輪郭のうち、位置決め用孔２１の周辺に形成される部分を当該位置決め用孔２１の近傍を斜行する斜辺１７ｃで形成している（図２参照）。 More specifically, a portion formed in the periphery of the positioning hole 21 in the outline of the hydrogen gas manifold 16 is formed by a hypotenuse 16 c that runs obliquely in the vicinity of the positioning hole 21. Similarly, a portion formed in the periphery of the positioning hole 21 in the outline of the cooling water manifold 17 is formed by a hypotenuse 17c that skews in the vicinity of the positioning hole 21 (see FIG. 2).

この場合、図２に示しているように、各マニホールド１６，１７は、斜辺１６ｃ，１７ｃのみが傾斜した四辺形、つまりは２角が略直角となっている台形形状に形成されている。別の表現をすれば、本実施形態の各マニホールド１６，１７は長方形と原型としつつ、そのうちの一辺を傾斜させた形状とすることよって台形形状となっているものである。 In this case, as shown in FIG. 2, the manifolds 16 and 17 are formed in a quadrilateral shape in which only the oblique sides 16c and 17c are inclined, that is, in a trapezoidal shape in which the two corners are substantially perpendicular. In other words, the manifolds 16 and 17 of the present embodiment have a trapezoidal shape by making one side thereof inclined while being rectangular and original.

また、図示しているように、各斜辺１６ｃ，１７ｃは、当該位置決め用孔２１を避けつつ当該位置決め用孔２１の近傍となるように形成されている（図２参照）。このため、本実施形態の各マニホールド１６，１７は位置決め用孔２１の機能に影響を及ぼさないし、また位置決め用孔２１がマニホールド１６，１７の機能に影響を及ぼすこともない。 Further, as shown in the figure, the oblique sides 16c and 17c are formed so as to be in the vicinity of the positioning hole 21 while avoiding the positioning hole 21 (see FIG. 2). For this reason, the manifolds 16 and 17 of this embodiment do not affect the function of the positioning holes 21, and the positioning holes 21 do not affect the functions of the manifolds 16 and 17.

さらに、本実施形態における各マニホールド１６，１７は、台形形状に形成されている結果、マニホールド１６，１７から発電領域へと反応ガス（水素ガス、酸化ガス）あるいは冷却水が流れる方向へ向けて給排幅（流路幅）が漸次変化するようになっている。より具体的には、マニホールド１６，１７における反応ガスまたは冷却水の流路幅（図２において符号Ｗ１，Ｗ２で示す）が、当該セパレータ２０における発電領域に近付くにつれて徐々に幅広となるように形成されている（図２参照）。このように、マニホールド１６のうち発電領域に連通する部分の流路幅Ｗ１が最も広くなる形状とすることにより、給排の際の抵抗をより低減させていわゆるボトルネックとなることを回避することが可能となっている。なお、ここでいう発電領域とは、酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５のうちＭＥＡ３０と重複している領域が該当する。また、発電領域ではないが、冷却水流路３６に対しても、本実施形態のように流路幅Ｗ２まで徐々に幅広となる冷却水用マニホールド１７とすることによって水給排の際の抵抗を低減することが可能である。 Furthermore, as a result of the manifolds 16 and 17 being formed in a trapezoidal shape in the present embodiment, the manifolds 16 and 17 are supplied from the manifolds 16 and 17 to the power generation region in a direction in which reaction gas (hydrogen gas, oxidizing gas) or cooling water flows. The drain width (flow path width) is gradually changed. More specifically, the flow width of the reaction gas or cooling water in the manifolds 16 and 17 (indicated by reference characters W1 and W2 in FIG. 2) is formed so as to gradually increase as it approaches the power generation region in the separator 20. (See FIG. 2). In this way, by forming the flow path width W1 of the portion communicating with the power generation region in the manifold 16 to be the widest, it is possible to further reduce resistance during supply and discharge and avoid a so-called bottleneck. Is possible. The power generation region referred to here corresponds to a region overlapping with the MEA 30 in the gas flow channel 34 for oxidizing gas and the gas flow channel 35 for hydrogen gas. In addition, although not in the power generation region, the cooling water flow path 36 is also provided with a cooling water manifold 17 that gradually increases to the flow path width W2 as in this embodiment, thereby reducing the resistance during water supply / discharge. It is possible to reduce.

加えて、本実施形態においては、図２に示しているように、位置決め用孔２１を挟んで隣接する２つのマニホールド１６，１７の輪郭のうち、この位置決め用孔２１の周辺に形成される部分のいずれもが当該位置決め用孔２１の輪郭に応じて斜行する斜辺１６ｃ，１７ｃであり、尚かつ、これら斜辺１６ｃ，１７ｃが線対称（あるいは面対称）に形成されている。この場合、これら隣接する２つのマニホールド１６，１７のいずれとも、発電領域に連通する部分（あるいはこれに重複する部分）の流路幅Ｗ１，Ｗ２が広がることによってボトルネックとなるのを回避しやすい。 In addition, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, a portion formed around the positioning hole 21 in the outlines of the two manifolds 16 and 17 adjacent to each other with the positioning hole 21 interposed therebetween. These are the hypotenuses 16c and 17c that run obliquely according to the contour of the positioning hole 21, and the hypotenuses 16c and 17c are formed in line symmetry (or plane symmetry). In this case, any of these two adjacent manifolds 16 and 17 can easily avoid a bottleneck due to an increase in flow path widths W1 and W2 of a portion communicating with the power generation region (or a portion overlapping therewith). .

なお、本実施形態においては、水素ガス用のマニホールド１６および冷却水用のマニホールド１７についてのみ、各輪郭の一部を位置決め用孔２１の位置（配置）に応じて斜行する形状とした形態を示したがこれは好適な一例に過ぎず、酸化ガス用のマニホールド１５についても同様に適用することができることはいうまでもない。要は、各マニホールド１５〜１７の配置や形状、位置決め用孔２１の位置などに応じ、少なくとも１のマニホールドについて一部が斜行する形状とすることが可能である。また、図２においては各種流体の入口側マニホールドと出口側マニホールドとを特に区別することなく示したが、台形形状（徐々に幅広となる形状）のマニホールドとした場合には、反応ガスや冷却水の供給および排出のいずれの場合にも流れ抵抗を低減することが可能であるから、入口側か出口側かを問わずに本発明を適用することが好ましい。 In the present embodiment, only the hydrogen gas manifold 16 and the cooling water manifold 17 have a shape in which a part of each contour is inclined according to the position (arrangement) of the positioning holes 21. Although shown, this is only a preferred example, and it goes without saying that the present invention can be similarly applied to the manifold 15 for oxidizing gas. In short, at least one manifold can be formed in a shape that is skewed depending on the arrangement and shape of the manifolds 15 to 17 and the position of the positioning hole 21. Further, in FIG. 2, the inlet side manifold and the outlet side manifold for various fluids are shown without any particular distinction. However, in the case of a trapezoidal (gradually wider) manifold, reaction gas and cooling water are used. Since it is possible to reduce the flow resistance in both cases of supplying and discharging, it is preferable to apply the present invention regardless of the inlet side or the outlet side.

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、マニホールド１５（１６，１７）の輪郭のうち、位置決め用孔２１の周辺に形成される部分のみを当該位置決め用孔２１に沿った形状とする。より具体的には、円形の透孔からなる位置決め用孔２１に対し、マニホールド１５（１６，１７）の輪郭の一部を、当該位置決め用孔２１を取り囲むように略半円形に切り欠いた形状としている（図３参照）。この場合、マニホールド１５（１６，１７）の輪郭の一部は、位置決め用孔２１に沿いつつこれを避けるような形状になっている。 <Second Embodiment>
In the present embodiment, only the portion formed around the positioning hole 21 in the contour of the manifold 15 (16, 17) is shaped along the positioning hole 21. More specifically, a part of the outline of the manifold 15 (16, 17) is cut out into a substantially semicircular shape so as to surround the positioning hole 21 with respect to the positioning hole 21 made of a circular through hole. (See FIG. 3). In this case, a part of the contour of the manifold 15 (16, 17) is shaped so as to avoid the positioning hole 21.

なお、上述した実施形態ではマニホールド１６，１７の輪郭の一部を直線状に斜行する斜辺１６ｃ，１７ｃとしたがこのような直線に限られるわけではなく、図３に示すように曲線状としてもよい。つまりは、位置決め用孔２１とマニホールド１５（１６，１７）とをコンパクトに配置しうる限りにおいて当該マニホールド１５（１６，１７）の一部の形状は特に限定されることはない。したがって、このような観点から、上述した斜辺１６ｃ，１７ｃを曲線によって形成することも可能である。 In the above-described embodiment, the outlines of the manifolds 16 and 17 are partly inclined to the oblique sides 16c and 17c. However, the present invention is not limited to such a straight line, and as shown in FIG. Also good. That is, as long as the positioning hole 21 and the manifold 15 (16, 17) can be arranged compactly, the shape of a part of the manifold 15 (16, 17) is not particularly limited. Therefore, it is possible to form the oblique sides 16c and 17c described above from a curved line from such a viewpoint.

また、図３では外形が略矩形のマニホールド１５（１６，１７）を示しているがこれは一例に過ぎない。他のマニホールドの形状やセパレータ２０の形状等に応じて台形とするなど、形態に応じて種々の形状とすることができる。 Further, FIG. 3 shows the manifold 15 (16, 17) having a substantially rectangular outer shape, but this is only an example. Various shapes can be used depending on the form, such as a trapezoidal shape according to the shape of other manifolds, the shape of the separator 20, and the like.

以上、ここまで説明した本実施形態の燃料電池によれば、セパレータ２０の周縁に近い部分、例えばマニホールド１５〜１７が設けられる領域やその近傍に位置決め用孔２１が位置している場合に、当該位置決め用孔２１と各マニホールド１５〜１７とをコンパクトに配置することが可能となる。また、位置決め用孔２１を避けつつマニホールド１５〜１７を台形形状などに形成することとすれば、各種流体の給排の際の抵抗をより低減させることも可能となる。 As described above, according to the fuel cell of the present embodiment described so far, when the positioning hole 21 is located in the vicinity of the periphery of the separator 20, for example, in the region where the manifolds 15 to 17 are provided or in the vicinity thereof, The positioning hole 21 and the manifolds 15 to 17 can be arranged in a compact manner. Further, if the manifolds 15 to 17 are formed in a trapezoidal shape or the like while avoiding the positioning holes 21, it is possible to further reduce the resistance when supplying and discharging various fluids.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では各流体の流路３４〜３６がストレート流路であるものを例示したが（図１参照）、これに限らず、例えばサーペンタイン流路であってももちろん本発明の適用が可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the embodiment described above, the flow paths 34 to 36 of each fluid are illustrated as straight flow paths (see FIG. 1). However, the present invention is not limited to this, and of course, the present invention can be applied to a serpentine flow path. Is possible.

また、上述した実施形態では冷却水用マニホールド１７を例示したが、このマニホールド１７を流通して給排される冷却水は冷却用冷媒の一例に過ぎず、冷却用冷媒をこれに限定するものではない。 In the above-described embodiment, the cooling water manifold 17 is exemplified. However, the cooling water supplied and discharged through the manifold 17 is only an example of the cooling refrigerant, and the cooling refrigerant is not limited thereto. Absent.

本発明の一実施形態を示す分解斜視図で、本実施形態における燃料電池のセパレータのセルを分解して示すものである。It is a disassembled perspective view which shows one Embodiment of this invention, and decomposes | disassembles and shows the cell of the separator of the fuel cell in this embodiment. 本発明の第１の実施形態におけるセパレータおよびマニホールドの概略形状を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows schematic shape of the separator and manifold in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態におけるセパレータおよびマニホールドの概略形状を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows schematic shape of the separator and manifold in the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２…セル、１５…酸化ガスのマニホールド、１６…水素ガスのマニホールド、１６ｃ…斜辺、１７…冷却水のマニホールド、１７ｃ…斜辺、２０…セパレータ、２１…位置決め用孔、Ｗ１…水素ガスマニホールドの流路幅（給排幅）、Ｗ２…冷却水マニホールドの流路幅（給排幅） 2 ... Cell, 15 ... Oxidizing gas manifold, 16 ... Hydrogen gas manifold, 16c ... Oblique side, 17 ... Cooling water manifold, 17c ... Oblique side, 20 ... Separator, 21 ... Positioning hole, W1 ... Hydrogen gas manifold flow Channel width (supply / discharge width), W2 ... Flow path width of coolant manifold (supply / discharge width)

Claims

反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成された燃料電池のセパレータであって、
前記マニホールドの輪郭のうち、前記セパレータを位置決めするため当該セパレータに設けられている位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状に形成されていることを特徴とする燃料電池のセパレータ。 A fuel cell separator in which a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell is formed,
Of the contour of the manifold, only the portion formed around the positioning hole provided in the separator for positioning the separator is formed in a shape that skews in accordance with the position of the positioning hole. A fuel cell separator.

前記マニホールドの輪郭が略四辺形であり、当該輪郭を形成する四辺のうち前記位置決め用孔の近傍に位置する辺のみが、当該セパレータの輪郭をなす辺に対して傾斜した斜辺として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセパレータ。 The manifold has a substantially quadrangular shape, and of the four sides forming the contour, only the side located in the vicinity of the positioning hole is formed as an oblique side inclined with respect to the side forming the contour of the separator. The fuel cell separator according to claim 1.

前記マニホールドにおける前記反応ガスまたは前記冷却用冷媒の給排幅が、当該セパレータにおける発電領域に近付くにつれて幅広となるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池のセパレータ。 3. The fuel cell according to claim 1, wherein the supply / discharge width of the reaction gas or the cooling refrigerant in the manifold is formed so as to increase as it approaches a power generation region in the separator. Separator.

前記位置決め用孔を挟んで隣接する２つの前記マニホールドの輪郭のうち、前記位置決め用孔の周辺に形成される部分のいずれもが、当該位置決め用孔の輪郭に沿った形状または当該位置決め用孔の位置に応じて斜行する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のセパレータ。 Of the contours of the two manifolds adjacent to each other with the positioning hole interposed therebetween, any of the portions formed around the positioning hole has a shape along the contour of the positioning hole or the positioning hole. 2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator is formed in a slanting shape according to a position.

前記２つのマニホールドの輪郭のうち前記位置決め用孔の周辺に形成される部分が線対称な形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池のセパレータ。 5. The fuel cell separator according to claim 4, wherein a portion formed around the positioning hole in the outline of the two manifolds is formed in a line-symmetric shape.

反応ガスまたは冷却用冷媒を各セルに給排するためのマニホールドが形成された燃料電池のセパレータであって、
前記マニホールドの輪郭のうち、前記セパレータを位置決めするため当該セパレータに設けられている位置決め用孔の周辺に形成される部分のみが当該位置決め用孔の輪郭に沿った形状に形成されていることを特徴とする燃料電池のセパレータ。 A fuel cell separator in which a manifold for supplying and discharging reaction gas or cooling refrigerant to and from each cell is formed,
Of the contour of the manifold, only a portion formed around the positioning hole provided in the separator for positioning the separator is formed in a shape along the contour of the positioning hole. A fuel cell separator.

前記位置決め用孔が、各マニホールドの中心を連なって通る中心線よりも外側に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池のセパレータ。 The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6, wherein the positioning hole is formed outside a center line passing through the center of each manifold.