JP2581950Y2 - 燃料電池マニホールド板 - Google Patents

燃料電池マニホールド板

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JP2581950Y2
JP2581950Y2 JP1991110449U JP11044991U JP2581950Y2 JP 2581950 Y2 JP2581950 Y2 JP 2581950Y2 JP 1991110449 U JP1991110449 U JP 1991110449U JP 11044991 U JP11044991 U JP 11044991U JP 2581950 Y2 JP2581950 Y2 JP 2581950Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、反応ガスが漏洩するこ
となく、シール材の面内横ずれを防止する燃料電池マニ
ホールド板に関する。
【0002】
【従来の技術】図4〜5に示すように、2種類の反応ガ
スを使用する燃料電池Aは、アノード電極基材03とカ
ソード電極基材04とに挟持された高分子固体電解質膜
02により分割した燃料ガス区域05aと酸化剤ガス区
域06aとをそれぞれ備える2枚のマニホールド板0
5、06を重ね合わせてなる単位電池01複数個をセパ
レータ08を介して積層したセルスタック09とし、マ
ニホールドを兼ねる1組のエンドプレート10、10で
ボルト締めにより圧縮挟持して構成されている。また、
反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスとからなり、アノー
ド電極基材03を備える燃料ガス区域05aには燃料ガ
スが、一方カソード電極基材04を備える酸化剤ガス区
域06aには、酸化剤ガスがそれぞれ同時に導入され排
出される。その結果、高分子固体電解質膜02におい
て、両ガスは化学反応を行い、その進行に伴って電子が
発生し、この電子をアノード電極基材03、カソード電
極基材04により外部回路に取り出すことで電気エネル
ギーが発生する。
【0003】ところで、この種の燃料電池における単位
電池は、シール材用溝を有していないマニホールド板2
枚を、例えば位相を90度変えた姿勢で重ね合わせ、こ
れらの外面にそれぞれシール材を積層しただけの構造と
していた。
【0004】
【考案が解決しようとする課題】このような従来の構造
では、セルスタックを1組のエンドプレートで圧縮して
組み立てる際の締めつけ圧力によって、シール材が面内
横ずれをしたり、あるいは流通孔内へはみ出してその断
面積を縮小させ、反応ガスの流通に障害を与えるという
不都合が生ずる。また、ガス流通部や電極面周囲部分か
ら反応ガスが漏洩することもあり、さらには高分子固体
電解質膜が横ずれしたりする。
【0005】本考案は、このような従来技術の問題点を
背景になされたもので、セルスタックの圧接組立て時の
シール材の面内横ずれや高分子固体電解質膜圧接固定後
の横ずれ、ならびにガス流通孔や電極面周囲部分からの
ガス漏洩などが発生しない燃料電池のマニホールド板を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本考案は、アノードとカ
ソードとで挟持された高分子固体電解質膜により分割し
た燃料ガス区域と酸化剤ガス区域とをそれぞれ備える2
枚のマニホールド板を重ね合わせてなる複数個の単位電
池を、セパレータを介して積層したセルスタックとし、
マニホールドを兼ねる1組のエンドプレートで圧縮挟持
してなる燃料電池のマニホールド板において、燃料ガ
ス、酸化剤ガスそれぞれの流通孔の周囲を囲む溝を、ま
た高分子固体電解質膜および/または電極を設置する区
域をそれぞれ囲む溝を、それぞれ、マニホールド板の
裏の対称位置に設け、さらに前記溝を覆うシート状の
シール材を前記マニホールド板に積層圧接させてなるガ
スシール構造を有する燃料電池マニホールド板を提供す
るものである。
【0007】
【作用】本考案では、高分子固体電解質膜の両側マニホ
ールド板に該膜を挟んで、このマニホールド板の対称位
置に溝を設けているので、セルスタックをエンドプレー
トのボルト締めによる圧縮挟持する場合、その押圧力に
より締めつけられるシート状のシール材は、平面的に空
間側へ展張し逃げようとするが、その逃げ部分はマニホ
ールド板に刻設された前記溝に嵌まり込み、この溝を充
填するように動作して前記押圧力を吸収する。従って、
流通孔内へシール材がはみ出たりすることはなく、密封
性も向上し、かつ反応ガスの流通を阻害しない。また、
シール材が溝に嵌入することにより、その正しい設定位
置が確保されるので、高分子固体電解質膜の圧接後の横
ずれも生ずることがない。すなわち、本考案の燃料電池
マニホールド板によれば、燃料電池のガス漏洩や流通孔
の狭まることを防止するため、極めて順調にその発電規
模を発揮することができる。
【0008】
【実施例】以下、本考案の実施例を図1〜3に基づいて
説明する。なお、図4〜5と同一の部材などは、同一の
符号を用い、その説明は省略する。図1〜3に示すよう
に、本考案の実施例の燃料電池マニホールド板を用いた
平面正方形の単位電池21は、正方形に形成された燃料
ガス側のマニホールド板22と、これと同形同大で90
度位相を変え、高分子固体電解質膜02を介して重合す
る酸化材ガス側のマニホールド板23とからなる。
【0009】燃料ガス側のマニホールド22は、図1
(a)にその表面(セパレータ側)22aを示すよう
に、四周縁それぞれに一対ずつの細長い矩形の断面を有
するガス流通孔24を穿設しており、対向位置にある流
通孔を燃料ガスとしての水素Hの導入孔25、25お
よび排出孔26、26としている。これらに対し、横方
向位置に対向している流通孔は、酸化剤ガスとしての酸
素Oの導入用連通孔27、27および排出用連通孔2
8、28である。なお、図1(b)は、マニホールド板
22の裏面(電解質側)22bを示す底面図である。そ
して、このマニホールド板22の表面22aには、導入
孔25および排出孔26の外周を囲み、ガス流通部シー
ル用溝29、30が刻設されており、またアノード電極
部材03が嵌めこまれる燃料ガス区域22cのガス流れ
方向の側縁には、電極面内ガス流路方向ガスシール用V
溝33が核設されている。さらに、酸素Oの導入用連
通孔27および排出用連通孔28の外周には、それぞれ
ガス流通部シール用V溝31、32が刻設してある。
【0010】また、導入孔25、排出孔26と燃料ガス
区域22cとの間には、流れ方向に沿って平行に刻設さ
れた複数の導入溝25a、26aにより連通されてお
り、これらの上に保護用プレート(不銹鋼)25b、2
6bが、図1(c)に示すようにマニホールド22の表
面と同一平面をなして嵌めこまれている。
【0011】一方、マニホールド板22の裏面22bに
は、図1(b)に示すように、表面22bの各V溝2
9、30、31、32の対向位置にガス流通部シール用
V溝34、35、36、37ならびに燃料ガス区域22
cの外周を囲む電解質シール用V溝38が刻設されてい
る。
【0012】酸化剤ガス側のマニホールド板23は、燃
料ガス側のマニホールド板22と同様の構成であるの
で、その説明は省略するが、単位電池21への組立てに
際しては、マニホールド板22に対し90度位相を変え
るとともに、裏返し姿勢によりシート材としてフッ素ゴ
ム(例えば、バイトン)からなるガスケット39を介し
てマニホールド板22と重合する。
【0013】なお、図2に示すように、ガスケット39
は、上部側の不銹鋼製セパレータ08、燃料ガスガスバ
リアー性のマニホールド板22、酸化剤ガス側のマニホ
ールド板23、下部側の不銹鋼製セパレータ08それぞ
れの間に介装され、前記各V溝をそれぞれ被うガスシー
ル構造となっている。このように、マニホールド板2
2、23には、それぞれ、マニホールド板両面の対称位
置に、燃料ガス、酸化剤 ガスそれぞれの流通孔の周囲を
囲む溝が、また高分子固体電解質膜および/または電極
を設置する区域をそれぞれ囲む溝が設けられている。
【0014】上記構成となっているので、複数個の単位
電池21を積層して圧接しセルスタック09とする場
合、エンドプレート10、10の締めつけによる押圧力
Fが前記ガスケット39の上下面に加えられると、ガス
ケット39は厚み縮小されるため面に沿った方向へ展張
しで逃げようとする。そのとき、この展張した逃げ部分
39aは、図3に示すようにマニホールド板22、23
に刻設された各V溝に嵌め込み、このV溝を充填するよ
うに動作するため、前記押圧力Fは吸収され、ガスケッ
ト39がガス流通孔24や外部にはみ出ることはない。
すなわち、この逃げ部分39aは、ガス流路のシール性
を高め、ガス漏洩防止を図るだけでなく、ガスケット3
9の面内横ずれや高分子固体電解質膜02の圧接固定後
の横ずれを防止する機能を発揮するものである。
【0015】以上、本考案の実施例を説明したが、本考
案は、この実施例に必ずしも限定されることはなく、要
旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本考案
に含まれる。例えば、実施例では、マニホールド板の溝
をV溝としたが、U字溝としてもよく、またセパレータ
に不銹鋼を用いたが、炭素焼結板、ステンレスなどのガ
ス緻密性電子素材であれば他の材質を使用してもよい。
【0016】
【考案の効果】本考案の燃料電池マニホールド板は、燃
料ガス、酸化剤ガスそれぞれの流通孔の周囲を囲む溝
、また高分子固体電解質膜および/または電極を設置
する区域をそれぞれ囲む溝を、それぞれ、マニホールド
板の対称位置に設け、さらに前記各溝を被うシート状の
シール材07を積層圧接したガスシール構造としたた
め、セルスタック圧接組立て時のシール材の面内横ずれ
や高分子固体電解質膜の圧接固定後の横ずれ、ならびに
流通孔や電極面周囲部分などからガス漏洩を防ぎ、密封
性を著しく高めることができ、またガス流通孔の横断面
を縮小させることがないので、ガス通過量を低減するこ
となく、充分に電池としての機能を発揮することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の実施例の燃料ガス側のマニホールド板
を示すで、同図(a)は表面を示す平面図、同図(b)
は裏面を示す平面図、同図(c)は導入溝保護用プレー
トを嵌め込んだ表面の平面図である。
【図2】本考案の実施例の単位電池を縦断面して示す概
要拡大図である。
【図3】本考案の実施例のシート状のシール材の作用を
拡大断面で示す説明図である。
【図4】高分子固体電解質膜を用いた燃料電池の原理を
説明するための単位電池の基本構成を示す縦断面図であ
る。
【図5】燃料電池の全体の構成を示す部分分解斜視図で
ある。
【符号の説明】
A 燃料電池 02 高分子固体電解質膜 03 アノード電極基材 04 カソード電極基材 07 シート状のシール材 08 セパレータ 09 セルスタック 10 エンドプレート 21 単位電池 22 燃料ガス側のマニホールド板 22c 燃料ガス区域 23 酸化剤ガス側のマニホールド板 24 ガス流通孔 25 導入孔 26 排出孔 27 O導入用連通孔 28 O排出用連通孔 29、30、31、31 ガス流通部シール用V溝 33 電極面内ガス流路方向ガスシール用V溝 34、35、36、37 ガス流通部シール用V溝 38 電解質シール用V溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−173576(JP,A) 特開 昭62−193065(JP,A) 特開 昭62−208558(JP,A) 特開 昭61−239568(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アノードとカソードとで挟持された高分
    子固体電解質膜により分割した燃料ガス区域と酸化剤ガ
    ス区域とをそれぞれ備える2枚のマニホールド板を重ね
    合わせてなる複数個の単位電池を、セパレータを介して
    積層したセルスタックとし、マニホールドを兼ねる1組
    のエンドプレートで圧縮挟持してなる燃料電池のマニホ
    ールド板において、燃料ガス、酸化剤ガスそれぞれの流
    通孔の周囲を囲む溝を、また高分子固体電解質膜および
    /または電極を設置する区域をそれぞれ囲む溝を、それ
    ぞれ、マニホールド板の表裏の対称位置に設け、さらに
    前記溝を覆うシート状のシール材を前記マニホールド
    板に積層圧接させてなるガスシール構造を有する燃料電
    池マニホールド板。
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