JP2016072238A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.
車両等に搭載される燃料電池には、複数の単位セルが積層されて燃料電池スタックとして用いられるものがある。単位セルは、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで構成された電解質・電極構造体(以下、単にMEAという)と、MEAに積層されたセパレータと、を有している(例えば、特許文献1参照)。
上述した燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。
Some fuel cells mounted on vehicles or the like are used as a fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked. The unit cell includes an electrolyte / electrode structure (hereinafter simply referred to as MEA) configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode, and a separator laminated on the MEA. (For example, refer to Patent Document 1).
In the fuel cell described above, hydrogen gas is supplied as fuel gas to the anode electrode, and air is supplied as oxidant gas to the cathode electrode. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, and the cathode electrode causes an electrochemical reaction with oxygen in the air to generate power.
この種の燃料電池において、セパレータには端子部が突設されており、各端子部間(各MEA毎)の電圧を検出することで、燃料電池の発電状態を管理している。
また、近時では簡略化等を図るために、端子部を複数のセパレータ毎に設け、複数のセパレータ間(複数のMEA毎)の電圧を検出する構成が知られている。
In this type of fuel cell, the separator is provided with a terminal portion, and the power generation state of the fuel cell is managed by detecting the voltage between the terminal portions (each MEA).
Further, recently, in order to simplify, etc., a configuration is known in which a terminal portion is provided for each of a plurality of separators, and a voltage between a plurality of separators (for each of a plurality of MEAs) is detected.
しかしながら、上述したように複数のセパレータ間で電圧を検出する構成では、例えば故障等により燃料電池をメンテナンスする際、各MEA毎の電圧を検出することができず、故障箇所を特定することが難しい。
これに対して、各セパレータのうち、端子部が設けられたセパレータ以外のセパレータにメンテナンス時に用いる予備端子部を設ける構成も考えられる。
However, in the configuration in which the voltage is detected between the plurality of separators as described above, for example, when maintaining the fuel cell due to a failure or the like, the voltage for each MEA cannot be detected, and it is difficult to specify the failure location. .
On the other hand, the structure which provides the spare terminal part used at the time of maintenance in separators other than the separator provided with the terminal part among each separator is also considered.
そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、低コスト化を図るとともに、メンテナンス性を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of reducing the cost and improving the maintainability.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した発明では、電解質・電極構造体(例えば、実施形態におけるMEA24,25)、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレータ21〜23)を有する単位セル(例えば、実施形態における単位セル2)が複数積層されてなる燃料電池1において、前記セパレータは、積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレート(例えば、実施形態におけるセパレータプレート41)と、前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第1端子部(例えば、実施形態における予備端子部61)と、前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部(例えば、実施形態におけるプレート被覆部71)と、前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第1端子部を被覆する端子被覆部(例えば、実施形態における端子被覆部72)と、を備え、積層方向で隣り合う前記第1端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部(例えば、実施形態におけるオフセット部61b)を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention described in
請求項2に記載した発明では、前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部(例えば、実施形態における弱化部74)が配設されていることを特徴とする。
In the invention described in
請求項3に記載した発明では、前記単位セルは、2枚の前記セパレータと、2枚の前記セパレータ間に配置された2枚の前記電解質・電極構造体と、2枚の前記電解質・電極構造体間に配置された中間セパレータ(例えば、実施形態における第2セパレータ22)と、を備えていることを特徴とする。
In the invention described in
請求項4に記載した発明では、一の前記単位セルの前記セパレータと、前記一の単位セルに隣り合う他の前記単位セルの前記セパレータと、の間に冷媒が流通する冷媒流路(例えば、実施形態における冷媒流路57)が画成され、前記一の単位セルの前記セパレータと、前記他の単位セルの前記セパレータと、の前記第1端子部同士は、一部のみが積層方向から見て重なり合っていることを特徴とする。 In the invention described in claim 4, a refrigerant flow path (for example, a refrigerant flows between the separator of one unit cell and the separator of another unit cell adjacent to the one unit cell) In the embodiment, a refrigerant flow path 57) is defined, and only a part of the first terminal portions of the separator of the one unit cell and the separator of the other unit cell are viewed from the stacking direction. It is characterized by overlapping.
請求項5に記載した発明では、前記中間セパレータは、前記セパレータの前記第1端子部に対して積層方向から見て重ならない位置に、外部に露出する第2端子部(例えば、実施形態における作動用端子部63)を備えている。 In the invention described in claim 5, the intermediate separator is exposed to the second terminal portion exposed to the outside (for example, the operation in the embodiment) at a position that does not overlap the first terminal portion of the separator when viewed from the stacking direction. Terminal portion 63).
請求項6に記載した発明では、積層方向で隣り合う前記第1端子部間には、積層方向で隣り合う前記第1端子部同士に接触して、積層方向で隣り合う前記第1端子部間の電圧を検出する電圧検出装置(例えば、実施形態における予備用電圧検出装置100)が挿入されることを特徴とする。
In the invention described in claim 6, between the first terminal portions adjacent in the stacking direction, the first terminal portions adjacent in the stacking direction are in contact with each other between the first terminal portions adjacent in the stacking direction. A voltage detection device (for example, the standby
請求項7に記載した発明では、電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、前記セパレータは、積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第1端子部と、前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第1端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部が配設されていることを特徴とする。 According to the seventh aspect of the present invention, in the fuel cell in which a plurality of unit cells having an electrolyte / electrode structure and a separator stacked on the electrolyte / electrode structure are stacked, the separator is viewed from the stacking direction. A separator plate that overlaps the electrolyte / electrode structure; a first terminal portion that protrudes outward from the separator plate in a planar direction; a plate covering portion that covers an outer periphery of the separator plate; and the plate covering portion. And a terminal covering portion that covers the first terminal portion, and the terminal covering portion can be broken with respect to the plate covering portion between the terminal covering portion and the plate covering portion. It is characterized by the fact that a weakening portion is provided.
請求項1に記載した構成によれば、端子被覆部がプレート被覆部に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における第1端子部の絶縁性を確保できる。
特に、隣り合う第1端子部同士が、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えているため、メンテナンス時等には、端子被覆部のうち、オフセット部を被覆している部分を工具等により把持できる。そのため、端子被覆部がプレート被覆部から破断し易くなり、端子被覆部を第1端子部から簡単に除去することができる。その結果、メンテナンス性を向上させることができる。
According to the configuration described in
In particular, since the adjacent first terminal portions are provided with offset portions that are shifted from each other when viewed from the stacking direction, a portion of the terminal covering portion that covers the offset portion is used as a tool during maintenance or the like. Can be gripped. Therefore, the terminal covering portion is easily broken from the plate covering portion, and the terminal covering portion can be easily removed from the first terminal portion. As a result, maintainability can be improved.
請求項2に記載した構成によれば、端子被覆部とプレート被覆部との間に、弱化部が形成されているため、プレート被覆部に対して端子被覆部のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、第1端子部から端子被覆部を除去する際に、プレート被覆部の剥がれ等を抑制できる。
According to the configuration described in
請求項3に記載した構成によれば、単位セルが、2枚の電解質・電極構造体を有する場合であっても、メンテナンス時等において電解質・電極構造体の外側に配置されたセパレータの第1端子部を介して各電解質・電極構造体毎の電圧を検出することができる。これにより、構成の簡略化を図った上で、メンテナンス性を向上させることができる。
According to the configuration described in
請求項4に記載した構成によれば、一の単位セル及び他の単位セル間に、冷媒流路が画成されているため、一の単位セルにおけるセパレータ、及び他の単位セルにおけるセパレータ間の電圧は同等になる。そのため、メンテナンス時等において、一の単位セルのセパレータと、他の単位セルのセパレータと、の第1端子部同士の間に電圧検出装置を挿入することで、両第1端子部に電圧検出装置を接触させ易くなり、優れた作業性を具備させることができる。 According to the structure described in Claim 4, since the refrigerant | coolant flow path is defined between one unit cell and another unit cell, between the separator in one unit cell and the separator in another unit cell. The voltage is equivalent. Therefore, at the time of maintenance or the like, a voltage detection device is inserted between the first terminal portions of the separator of one unit cell and the separator of the other unit cell, so that the voltage detection device is provided at both first terminal portions. Can be easily brought into contact with each other, and excellent workability can be provided.
請求項5に記載した構成によれば、中間セパレータの第2端子部を、燃料電池の作動時等における2枚の電解質・電極構造体の電圧(単位セルの電圧)を検出する端子として利用することができる。この場合、第2端子部が、セパレータの第1端子部に対して積層方向から見て重ならない位置に配置されているため、第1端子部との干渉を抑制した上で、電圧検出装置を第2端子部に接続することができる。これにより、燃料電池の発電状態を正確に管理することが可能になる。 According to the configuration described in claim 5, the second terminal portion of the intermediate separator is used as a terminal for detecting the voltage (voltage of the unit cell) of the two electrolyte / electrode structures when the fuel cell is operated. be able to. In this case, since the second terminal portion is disposed at a position that does not overlap with the first terminal portion of the separator when viewed from the stacking direction, the voltage detection device is used after suppressing interference with the first terminal portion. It can be connected to the second terminal portion. This makes it possible to accurately manage the power generation state of the fuel cell.
請求項6に記載した構成によれば、メンテナンス時等において、各第1端子部間に電圧検出装置を挿入するだけで、各第1端子部間(セパレータ間)の電圧を検出できるため、メンテナンス性を向上させることができる。 According to the configuration described in claim 6, since the voltage between the first terminal portions (between the separators) can be detected simply by inserting a voltage detection device between the first terminal portions during maintenance or the like, maintenance is performed. Can be improved.
請求項7に記載した構成によれば、端子被覆部がプレート被覆部に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における第1端子部の絶縁性を確保できる。
特に、端子被覆部とプレート被覆部との間に、弱化部が形成されているため、プレート被覆部に対して端子被覆部のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、第1端子部から端子被覆部を除去する際に、プレート被覆部の剥がれ等を抑制できる。
According to the configuration described in claim 7, since the terminal covering portion is formed integrally with the plate covering portion, the insulation of the first terminal portion when not in use can be ensured after cost reduction. .
In particular, since the weakened portion is formed between the terminal covering portion and the plate covering portion, only the terminal covering portion can be easily and reliably broken with respect to the plate covering portion. As a result, maintainability can be improved and peeling of the plate covering portion can be suppressed when the terminal covering portion is removed from the first terminal portion.
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[燃料電池]
図1は、本実施形態の燃料電池1の断面図である。図2は、単位セル2の分解斜視図である。
図1、図2に示すように、本実施形態の燃料電池1は、図示しない車両のモータルームやフロア下に搭載され、例えば駆動用モータ等に電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池1は、例えば図中の矢印A方向が車体の幅方向、矢印B方向が車体の前後方向、矢印C方向が車体上下方向となるようにして車両に搭載される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Fuel cell]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
As shown in FIGS. 1 and 2, the
燃料電池1は、複数の単位セル2が厚さ方向(A方向)に積層された燃料電池スタック3と、燃料電池スタック3をA方向の両側から挟持する一対のエンドプレート(不図示)と、を主に備えている。
The
<単位セル>
単位セル2は、例えば3枚のセパレータ21〜23と、各セパレータ21〜23間に挟持された電解質・電極構造体(第1MEA24及び第2MEA25)と、を備えている。各MEA24,25は、固体高分子電解質膜31と、固体高分子電解質膜31をA方向の両側から挟持するアノード電極32及びカソード電極33と、これら固体高分子電解質膜31、アノード電極32及びカソード電極33の外周を取り囲む枠体34と、を備えている。
<Unit cell>
The
図1に示すように、固体高分子電解質膜31は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。
アノード電極32及びカソード電極33は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有している。
As shown in FIG. 1, the solid
The
図1、図2に示すように、枠体34は、例えば樹脂材料等の絶縁性を有する材料からなり、その内周面が固体高分子電解質膜31、アノード電極32及びカソード電極33の外周面に接合されている。枠体34の厚さは、固体高分子電解質膜31、アノード電極32及びカソード電極33の合計の厚さと同等に構成されている。したがって、図示の例において、枠体34のA方向における両端面のうち、一端面はアノード電極32のA方向における一端面と面一とされ、他端面はカソード電極33のA方向における他端面と面一とされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
<セパレータ>
各セパレータ21〜23は、第1MEA24のアノード電極32側に配置された第1セパレータ(セパレータ)21と、各MEA24,25間に配置された第2セパレータ(中間セパレータ)22と、第2MEA25のカソード電極33側に配置された第3セパレータ(セパレータ)23と、を有している。なお、以下の説明では、各セパレータ21〜23において、同一の構成については同様の符号を付してまとめて説明する。
<Separator>
The
各セパレータ21〜23は、A方向から見てMEA24,25に各別に重なり合うセパレータプレート41と、各セパレータプレート41と各MEA24,25との間をシールするシール部材42と、セパレータプレート41の外周縁を取り囲む被覆部材43と、を備えている。
Each of the
図2に示すように、セパレータプレート41は、例えば薄板状の金属材料により構成され、A方向から見た平面視でB方向を長手方向とする長方形状とされている。
セパレータプレート41のうち、B方向の一端部には、燃料ガス入口連通孔44i、冷媒入口連通孔45i及び酸化剤ガス入口連通孔46iがC方向に並設されている。燃料ガス入口連通孔44i内には、後述する燃料ガス流路51内に供給される水素等の燃料ガスが流通する。冷媒入口連通孔45i内には、後述する冷媒流路57内に供給される純水やエチレングリコール等の冷媒が流通する。酸化剤ガス入口連通孔46i内には、後述する酸化剤ガス流路54内に供給される空気等の酸化剤ガスが流通する。各連通孔44i〜46iは、セパレータプレート41をA方向に貫通するとともに、A方向で隣り合うセパレータプレート41の対応する連通孔44i〜46iに連通している。
As shown in FIG. 2, the
A fuel gas inlet communication hole 44i, a refrigerant
一方、セパレータプレート41のうち、B方向の他端部には、燃料ガス出口連通孔44o、冷媒出口連通孔45o及び酸化剤ガス出口連通孔46oがC方向に並設されている。燃料ガス出口連通孔内44oには、燃料ガス流路51で使用された燃料ガスが流通する。冷媒出口連通孔45o内には、冷媒流路57内を流通した冷媒が流通する。酸化剤ガス出口連通孔46o内には、酸化剤ガス流路54内で使用された酸化剤ガスが流通する。各連通孔44o〜46oは、セパレータプレート41をA方向に貫通するとともに、A方向で隣り合うセパレータプレート41の対応する連通孔44o〜46oに連通している。
On the other hand, at the other end of the
図示の例では、セパレータプレート41において、燃料ガス入口連通孔44i及び燃料ガス出口連通孔44o同士、並びに酸化剤ガス入口連通孔46i及び酸化剤ガス出口連通孔46o同士は、それぞれ対角の位置に形成されている。また、セパレータプレート41において、冷媒入口連通孔45iは、燃料ガス入口連通孔44i及び酸化剤ガス入口連通孔46i間に位置する部分に形成され、冷媒出口連通孔45oは、燃料ガス出口連通孔44o及び酸化剤ガス出口連通孔46o間に位置する部分に形成されている。
In the illustrated example, in the
各セパレータプレート41の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状とされている。そして、セパレータプレート41のうち、MEA24,25と対向する面は、各MEA24,25との間に直線状の反応ガス流路(燃料ガス流路51及び酸化剤ガス流路54)を画成している。
The central part of each
具体的に、第1セパレータ21及び第2セパレータ22のセパレータプレート41のうち、それぞれアノード電極32側に位置する面には、各MEA24,25のアノード電極32との間に燃料ガス流路51が形成されている。燃料ガス流路51は、入口側連結流路52及び出口側連結流路53を介して燃料ガス入口連通孔44i及び燃料ガス出口連通孔44oにそれぞれ連通している。燃料ガス流路51は、燃料ガス入口連通孔44iを流れる燃料ガスを、各MEA24,25のアノード電極32に沿って流通させ、アノード電極32で消費された使用済みの燃料ガスを燃料ガス出口連通孔44oに排出する。
Specifically, the fuel
また、第2セパレータ22及び第3セパレータ23のセパレータプレート41のうち、それぞれカソード電極33側に位置する面には、各MEA24,25のカソード電極33との間に酸化剤ガス流路54が形成されている。酸化剤ガス流路54は、入口側連結流路55及び出口側連結流路56を介して酸化剤ガス入口連通孔46i及び酸化剤ガス出口連通孔46oにそれぞれ連通している。酸化剤ガス流路54は、酸化剤ガス入口連通孔46iを流れる酸化剤ガスを、各MEA24,25のカソード電極33に沿って流通させ、カソード電極33で消費された使用済みの酸化剤ガスを酸化剤ガス出口連通孔46oに排出する。
An oxidant
そして、図1に示すように、燃料電池スタック3は、一の単位セル2の第1セパレータ21と、一の単位セル2に隣接する他の単位セル2の第3セパレータ23と、が重ね合わされた状態で、A方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル2の第1セパレータ21のセパレータプレート41と、他の単位セル2の第3セパレータ23のセパレータプレート41と、の間には、冷媒流路57が画成されている。
冷媒流路57は、冷媒入口連通孔45iを流れる冷媒を、セパレータプレート41に沿って流通させ、セパレータプレート41と熱交換を行った後、冷媒出口連通孔45oから排出する。
As shown in FIG. 1, the
The
このように、本実施形態では、各セパレータ21〜23のうち、A方向の両側に位置する第1セパレータ21及び第3セパレータ23には、MEA24,25側に位置する面に反応ガスのガス流路51,54が形成され、MEA24,25とは反対側に位置する面に冷媒流路57が形成されている。一方、各セパレータ21〜23のうち、各MEA24,25間に位置する第2セパレータ22には、その両面に反応ガスのガス流路51,54がそれぞれ形成されている。
Thus, in the present embodiment, among the
ここで、第1セパレータ21及び第3セパレータ23のセパレータプレート41には、メンテナンス時等において、各セパレータ21〜23間の電圧(各MEA24,25毎の電圧)を検出するための予備端子部61がセパレータプレート41に一体で形成されている。2つの予備端子部61は、それぞれ同形同大に形成されるとともに、第1セパレータ21及び第3セパレータ23のセパレータプレート41において、一方の長辺部分からC方向の外側に向けて突設されている。但し、各予備端子部61は、同形同大に限定される訳ではなく、少なくとも後述する重合部61aを有していれば構わない。
Here, the
図3は、図1のZ矢視図である。図4は、単位セル2の部分斜視図である。
図2〜図4に示すように、各予備端子部61は、セパレータプレート41のうち、A方向から見た平面視でB方向に互いにずれた位置に配置されている。具体的に、各予備端子部61は、隣り合う予備端子部61と平面視で重なり合う重合部61aと、重合部61aからB方向の外側に突出し、隣り合う予備端子部61と平面視で重なり合わないオフセット部61bと、を有している。なお、隣り合う予備端子部61とは、同一の単位セル2の第1セパレータ21と第3セパレータ23との予備端子部61同士、及び一の単位セル2の第1セパレータ21と、他の単位セル2の第3セパレータ23と、の予備端子部61同士を含んでいる。
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow Z in FIG. FIG. 4 is a partial perspective view of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the spare
この場合、第1セパレータ21側の予備端子部61において、重合部61aに対してB方向の他端側にオフセット部61bが位置している。また、第3セパレータ23側の予備端子部61において、重合部61aに対してB方向の一端側にオフセット部61bが位置している。この場合、予備端子部61におけるB方向の中心は、重合部61aに配置されている。また、図示の例において、重合部61aのB方向における長さは、各オフセット部61bよりも長くなっている。
In this case, in the
さらに、第2セパレータ22のセパレータプレート41には、燃料電池1の作動時等において、単位セル2の電圧を検出する作動用端子部63がセパレータプレート41に一体で形成されている。作動用端子部63は、第2セパレータ22のセパレータプレート41において、他方の長辺部分からC方向の外側に向けて突設されている。また、隣り合う単位セル2の第2セパレータ22間において、作動用端子部63はA方向から見て互いに重なる位置に形成されている。作動用端子部63には、図示しない作動用電圧検出装置が接続されることで、単位セル2の電圧が検出される。すなわち、本実施形態の燃料電池1では、2つのMEA24,25の合計、具体的には一の単位セル2のMEA24の電圧と、一の単位セル2に隣接する他の単位セル2のMEA25と、の合計の電圧が検出されるようになっている。
Furthermore, the
シール部材42は、ゴム等の弾性変形可能な材料からなり、セパレータプレート41の外周部分を被覆している。シール部材42のうち、MEA24,25の枠体34とA方向で対向する部分は、枠体34に密接しており、セパレータ21〜23とMEA24,25との間の隙間や、各連通孔44i〜44o,44o〜46o,反応ガス流路51,52、及び冷媒流路57をシールしている。
The
被覆部材43は、例えば電気絶縁性を備えた樹脂材料等からなる枠状とされ、セパレータプレート41に射出成形することにより接合されるとともに、上述したシール部材42に隙間なく密着している。具体的に、被覆部材43は、セパレータプレート41の外周縁を全周に亘って取り囲むプレート被覆部71と、プレート被覆部71に一体で形成されるとともに、予備端子部61を被覆する端子被覆部72と、を備えている。すなわち、本実施形態において、作動用端子部63は、被覆部材43よりもC方向の外側に向けて突出し、外部に露出している。
The covering
図4に示すように、端子被覆部72は、上述した平面視において、予備端子部61の外周縁を取り囲むC字状とされ、その両端部が破断可能な弱化部74を介してプレート被覆部71に連設されている。
弱化部74は、被覆部材43のうち、端子被覆部72とプレート被覆部71との境界部分に形成されるとともに、端子被覆部72及びプレート被覆部71よりも薄肉に形成されている。これにより、端子被覆部72は、予備端子部61に対して除去可能に構成されている。また、本実施形態において、弱化部74は、端子被覆部72及びプレート被覆部71に対して薄肉に形成した場合について説明したが、これに限らず、ミシン目等であっても構わない。
As shown in FIG. 4, the
The weakening
このように構成された燃料電池1において、燃料電池スタック3内に供給される酸化剤ガスは、各単位セル2の酸化剤ガス入口連通孔46iを、A方向における一方側(第3セパレータ23側)に向けて流通する。酸化剤ガス入口連通孔46iを流通する酸化剤ガスは、第2セパレータ22及び第3セパレータ23の入口側連結流路55を通って酸化剤ガス流路54に導入されることで、各MEA24,25のカソード電極33に供給される。
In the
一方、燃料電池スタック3内に供給される燃料ガスは、各単位セル2の燃料ガス入口連通孔44iを、A方向における一方側に向けて流通する。燃料ガス入口連通孔44iを流通する燃料ガスは、第1セパレータ21及び第2セパレータ22の入口側連結流路52を通って燃料ガス流路51に導入されることで、各MEA24,25のアノード電極32に供給される。
その結果、アノード電極32で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜31を透過してカソード電極33まで移動し、カソード電極33で酸化剤ガスと電気化学反応を起こして発電する。
On the other hand, the fuel gas supplied into the
As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the
その後、カソード電極33で発電に供された使用済みの酸化剤ガスは、出口側連結流路56を通って酸化剤ガス出口連通孔46o内に流入し、酸化剤ガス出口連通孔46o内をA方向における他方側(第1セパレータ21側)に向けて流通する。その後、使用済みの酸化剤ガスは、図示しない排出路を通って車外に排出される。
一方、アノード電極32で発電に供された使用済みの燃料ガスは、出口側連結流路53を通って燃料ガス出口連通孔44oに流入し、燃料ガス出口連通孔44o内をA方向における他方側に向けて流通する。その後、使用済みの燃料ガスは、図示しない希釈器で使用済みの酸化剤ガスと混合して希釈された後、車外へ排出される。
Thereafter, the used oxidant gas used for power generation at the
On the other hand, the spent fuel gas used for power generation at the
また、燃料電池スタック3内に供給される冷媒は、冷媒入口連通孔45i内をA方向における一方側に向けて流通する。冷媒入口連通孔45iを流通する冷媒は、各単位セル2間に位置する冷媒流路57に供給されることで、各単位セル2との間で熱交換が行われる。その後、冷媒は冷媒出口連通孔45o内に流入し、冷媒出口連通孔45o内をA方向における他方側に向けて流通した後、燃料電池スタック3から排出される。燃料電池スタック3から排出された冷媒は、図示しない冷媒循環流路内を通ってラジエータや駆動用モータ等を流通した後、再び燃料電池スタック3内に供給されるようになっている。
Further, the refrigerant supplied into the
ここで、単位セル2の作動用端子部63には、上述したように図示しない作動用電圧検出装置が接続され、単位セル2の電圧が検出される。すなわち、本実施形態の単位セル2は、3枚のセパレータ21〜23間に2枚のMEA24,25が挟持された構成であるため、2枚のMEA24,25の合計の電圧が検出される。そして、作動用電圧検出装置により検出される電圧に基づいて、燃料電池1の発電状態が管理され、各種制御が行われる。
Here, as described above, the operating voltage detecting device (not shown) is connected to the operating
図5は、端子被覆部72を除去した状態を示す燃料電池1の断面図である。
一方、図5に示すように、燃料電池1の故障時等において、各MEA24,25毎の電圧を検出する必要が生じた場合には、予備端子部61から端子被覆部72を除去する。具体的には、端子被覆部72のうち、予備端子部61のオフセット部61bを被覆している部分を工具等により把持し、端子被覆部72をプレート被覆部71から離間する方向に引っ張る。すると、端子被覆部72は、弱化部74を介してプレート被覆部71から破断されるとともに、予備端子部61から剥がれる。これにより、予備端子部61が外部に露出する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
On the other hand, as shown in FIG. 5, when it is necessary to detect the voltage of each
その後、予備端子部61に予備用電圧検出装置100を接続して各MEA24,25の電圧を検出する。具体的には、一の単位セル2において第1セパレータ21の予備端子部61と、他の単位セル2において第3セパレータ23の予備端子部61と、の重合部61a間に、予備用電圧検出装置100を挿入し、両予備端子部61に予備用電圧検出装置100を接触させる。なお、一の単位セル2及び他の単位セル2間には、一の単位セル2における第1セパレータ21と他の単位セル2における第3セパレータ23とが電気的に接触して、上述したように冷媒流路57が画成されている。そのため、一の単位セル2における第1セパレータ21の予備端子部61、及び他の単位セル2における第3セパレータ23の予備端子部61間の電圧は同等になる。これにより、予備端子部61及び作動用端子部63を介して各セパレータ21〜23間の電圧を検出することで、各MEA24,25毎に電圧を検出することができ、故障しているMEA24,25を特定することができる。
Thereafter, the
このように、本実施形態では、予備端子部61に対して除去可能な端子被覆部72がプレート被覆部71に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における予備端子部61の絶縁性を確保できる。
特に、各予備端子部61が、A方向から見た平面視で隣り合う予備端子部61と重なり合わないオフセット部61bを備えているため、このオフセット部61bを介して端子被覆部72を予備端子部61から簡単に除去することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, since the
In particular, since each
しかも、端子被覆部72とプレート被覆部71との間に、弱化部74が形成されているため、プレート被覆部71に対して端子被覆部72のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、予備端子部61から端子被覆部72を除去する際に、プレート被覆部71の剥がれ等を抑制できる。
Moreover, since the weakened
また、メンテナンス時等において、各予備端子部61間に予備用電圧検出装置100を挿入するだけで、各予備端子部61間(セパレータ21,23間)の電圧を検出できるため、メンテナンス性を向上させることができる。
また、各予備端子部61が、A方向から見た平面視で隣り合う予備端子部61間で重なり合う重合部61aを備えているため、これら重合部61a間に予備用電圧検出装置100を挿入することで、両予備端子部61に予備用電圧検出装置100を接触させ易くなり、優れた作業性を具備させることができる。
In addition, during maintenance or the like, the voltage between the spare terminal portions 61 (between the
Moreover, since each spare
さらに、単位セル2が、2枚のMEA24,25を有する場合であっても、メンテナンス時等においてMEA24,25の外側に配置されたセパレータ21,23の予備端子部61を介して各MEA24,25毎の電圧を検出することができる。これにより、構成の簡略化を図った上で、メンテナンス性を向上させることができる。
Further, even when the
また、第2セパレータ22のセパレータプレート41のうち、A方向から見た平面視で予備端子部61と重ならない位置に作動用端子部63が形成されているため、駆動時において予備端子部61との干渉を抑制した上で、作動用電圧検出装置を作動用端子部63に接続することができる。これにより、燃料電池1の発電状態を正確に管理することが可能になる。なお、露出した予備端子部61には、発電状態を確認した後、絶縁部材を充填するのが好ましい。
Moreover, since the
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、単位セル2が3枚のセパレータ21〜23、及びこれらセパレータ21〜23間に2枚のMEA24,25が挟持されてなる構成としたが、これに限られない。複数のMEA24,25毎に電圧を検出する構成であれば、単位セル2の構成は、適宜設計変更が可能である。例えば、単位セル2が、MEA24,25と、MEA24,25をそれぞれ挟持する一対のセパレータと、を備える構成としても構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. In other words, the configuration described in the above-described embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate.
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、一の単位セル2において第1セパレータ21の予備端子部61と、他の単位セル2において第3セパレータ23の予備端子部61と、に予備用電圧検出装置100を接触させる構成について説明したが、これに限られない。予備用電圧検出装置100は、何れかの予備端子部61に接触させれば構わない。
In the above-described embodiment, the backup
さらに、上述した実施形態では、隣り合う予備端子部61同士が重合部61aを備える構成について説明したが、これに限られない。隣り合う予備端子部61同士が互いに重ならないように配置しても構わない。
また、予備端子部61に対して端子被覆部72を着脱可能に構成しても構わない。
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the adjacent spare
Further, the
また、上述した実施形態では、弱化部74が端子被覆部72とプレート被覆部71との境界部分において、B方向の外側端面のみに形成されている場合について説明したが、弱化部74の形成範囲は適宜設計変更が可能である。例えば、図6に示すように、端子被覆部72とプレート被覆部71との境界部分において、全周に亘って弱化部74を形成しても構わない。
また、被覆部材43は、端子被覆部72がプレート被覆部71に対して破断可能に構成されていれば、必ずしも弱化部74を設ける必要はない。例えば、図7に示すように、被覆部材43のうち端子被覆部72とプレート被覆部71との境界部分80をB方向の内側に向けて凸の円弧状に形成しても構わない。この場合、端子被覆部72を引っ張ると、端子被覆部72とプレート被覆部71との境界部分80の付近を起点に端子被覆部72がプレート被覆部71から破断される。その結果、上述した実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、セパレータプレート41と予備端子部61との境界部分についても、B方向の内側に向けて凸の円弧状に形成しても構わない。
In the above-described embodiment, the case where the weakened
Further, the covering
上述した実施形態では、端子被覆部72が予備端子部61の外周縁(B方向の両端部及びC方向の外側端部)のみを被覆する構成について説明したが、これに限られない。例えば、予備端子部61の全体(外周縁に加え、A方向の両面)を端子被覆部72によって被覆しても構わない。
In the above-described embodiment, the
また、図8に示すように、予備端子部61をA方向に弾性変形可能に構成しても構わない。この構成によれば、予備用電圧検出装置100を予備端子部61間に挿入する際、各予備端子部61同士がA方向の外側に弾性変形しながら予備用電圧検出装置100が予備端子部61間に進入する。そのため、例えば予備用電圧検出装置100の先端面がテーパ面に形成されている場合には、予備端子部61がテーパ面に倣って接触することになる。その結果、予備用電圧検出装置100と予備端子部61との接触面積が増加して、両者の密着性が向上するので、両者間の接触抵抗を低減でき、電圧の検出精度が向上する。
なお、図8の構成において、予備端子部61(例えば、一の単位セル2において第1セパレータ21の予備端子部61)は、弾性変形した際に、予備用電圧検出装置100側とは反対側に位置する予備端子部61(例えば、一の単位セル2において第3セパレータ21の予備端子部61)に接触しないように寸法が設定されている。また、予備端子部61のうち、弾性変形の起点となる部分の形状は適宜変更可能である。さらに、予備端子部61は、予め予備用電圧検出装置100の形状(例えば、テーパ状)に倣って形成しても構わない。
Further, as shown in FIG. 8, the
In the configuration of FIG. 8, the spare terminal portion 61 (for example, the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, it is possible to replace suitably the component in the embodiment mentioned above by the known component, and you may combine the modification mentioned above suitably.
1…燃料電池
2…単位セル
21…第1セパレータ(セパレータ)
22…第2セパレータ(中間セパレータ)
23…第3セパレータ(セパレータ)
24…第1MEA(電解質・電極構造体)
25…第2MEA(電解質・電極構造体)
41…セパレータプレート
43…被覆部材
57…冷媒流路
61…予備端子部(第1端子部)
61b…オフセット部
63…作動用端子部(第2端子部)
71…プレート被覆部
72…端子被覆部
74…弱化部
100…予備用電圧検出装置(電圧検出装置)
DESCRIPTION OF
22 ... Second separator (intermediate separator)
23 ... Third separator (separator)
24 ... 1st MEA (electrolyte / electrode structure)
25 ... 2nd MEA (electrolyte / electrode structure)
41 ...
61b ... Offset
71 ...
Claims (7)
前記セパレータは、
積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、
前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第1端子部と、
前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、
前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第1端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、
積層方向で隣り合う前記第1端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆されていることを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell in which a plurality of unit cells having an electrolyte / electrode structure and a separator stacked on the electrolyte / electrode structure are stacked,
The separator is
A separator plate overlapping the electrolyte / electrode structure as seen from the stacking direction;
A first terminal portion projecting outward from the separator plate in the surface direction;
A plate covering portion covering the outer peripheral edge of the separator plate;
A terminal covering portion that is integrally formed with the plate covering portion and covers the first terminal portion;
The fuel cell, wherein the first terminal portions adjacent to each other in the stacking direction include offset portions that are shifted from each other when viewed from the stacking direction, and are covered with the terminal cover portions, respectively.
2枚の前記セパレータと、
2枚の前記セパレータ間に配置された2枚の前記電解質・電極構造体と、
2枚の前記電解質・電極構造体間に配置された中間セパレータと、を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池。 The unit cell is
Two separators;
Two electrolyte / electrode structures disposed between the two separators;
The fuel cell according to claim 1, further comprising: an intermediate separator disposed between the two electrolyte / electrode structures.
前記一の単位セルの前記セパレータと、前記他の単位セルの前記セパレータと、の前記第1端子部同士は、一部のみが積層方向から見て重なり合っていることを特徴とする請求項3記載の燃料電池。 A refrigerant flow path through which a refrigerant flows is defined between the separator of one unit cell and the separator of another unit cell adjacent to the one unit cell,
The first terminal portions of the separator of the one unit cell and the separator of the other unit cell are partially overlapped when viewed from the stacking direction. Fuel cell.
前記セパレータは、
積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、
前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第1端子部と、
前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、
前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第1端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、
前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部が配設されていることを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell in which a plurality of unit cells having an electrolyte / electrode structure and a separator stacked on the electrolyte / electrode structure are stacked,
The separator is
A separator plate overlapping the electrolyte / electrode structure as seen from the stacking direction;
A first terminal portion projecting outward from the separator plate in the surface direction;
A plate covering portion covering the outer peripheral edge of the separator plate;
A terminal covering portion that is integrally formed with the plate covering portion and covers the first terminal portion;
A fuel cell, wherein a weakening portion is provided between the terminal covering portion and the plate covering portion so that the terminal covering portion can be broken with respect to the plate covering portion.
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