JP3064023B2 - 燃料電池用ガスセパレータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換膜を使用す
る燃料電池用のガスセパレータに関する。
る燃料電池用のガスセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、資源の枯渇問題を有する化
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
【０００３】ここで、一例として固体高分子電解質膜燃
料電池本体の基本構造を図５を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
料電池本体の基本構造を図５を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
【０００４】そして、酸素供給溝０６ａ及び水素供給溝
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜０４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜０２を通って水素極から酸素
極へ流れるが、４ｅ- は負荷０８を通って水素極から酸
素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜０４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜０２を通って水素極から酸素
極へ流れるが、４ｅ- は負荷０８を通って水素極から酸
素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
【０００５】このような燃料電池において、ガスセパレ
ータ０６，０７のような燃料電池用ガスセパレータは、
各々の背面に燃料ガスと酸化剤ガスを均一に且つ完全に
分離して供給し、さらに、反応によって発生した電気を
効率よく集電するという性能を有する必要がある。ま
た、電池反応による発熱が大きいので、運転条件の安定
化を図るためには反応熱をガスセパレータを介して放熱
させる必要がある。
ータ０６，０７のような燃料電池用ガスセパレータは、
各々の背面に燃料ガスと酸化剤ガスを均一に且つ完全に
分離して供給し、さらに、反応によって発生した電気を
効率よく集電するという性能を有する必要がある。ま
た、電池反応による発熱が大きいので、運転条件の安定
化を図るためには反応熱をガスセパレータを介して放熱
させる必要がある。
【０００６】したがって、従来においては、両面にガス
供給溝を形成したガスセパレータと、固体高分子電解質
膜及びガス拡散電極の接合体とを順次複数枚重ね合せて
多重電池セルとすると共に該電池セルの周辺に冷却水ジ
ャケットを設けたり、数枚のセル間隔毎に冷却盤を挿入
した構造が採用されている。また、ガスセパレータのガ
ス供給溝の形成面に、ガス供給溝と共に冷却水供給溝を
形成し、ガス拡散電極の背面に直接接触するように冷却
水を流して電解質膜の直接加湿も兼ねるという構造も知
られている。
供給溝を形成したガスセパレータと、固体高分子電解質
膜及びガス拡散電極の接合体とを順次複数枚重ね合せて
多重電池セルとすると共に該電池セルの周辺に冷却水ジ
ャケットを設けたり、数枚のセル間隔毎に冷却盤を挿入
した構造が採用されている。また、ガスセパレータのガ
ス供給溝の形成面に、ガス供給溝と共に冷却水供給溝を
形成し、ガス拡散電極の背面に直接接触するように冷却
水を流して電解質膜の直接加湿も兼ねるという構造も知
られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述した固体高分子膜
燃料電池の特長はコンパクトで且つ高性能なことであ
る。そして、ガス拡散電極の厚さが１〜１．５mmである
ことを考えると、ガスセパレータの構造及び厚さで燃料
電池の大きさが決定されるとも言える。
燃料電池の特長はコンパクトで且つ高性能なことであ
る。そして、ガス拡散電極の厚さが１〜１．５mmである
ことを考えると、ガスセパレータの構造及び厚さで燃料
電池の大きさが決定されるとも言える。
【０００８】一方、前述したガスセパレータの機能を得
るためには、ガス拡散電極へガス供給するためのガス供
給溝をできるだけ細分化してガス拡散電極の表面全体に
亘って均一にガスを供給するようにすると共に、集電距
離を最短にするために供給溝間隔を小さくすることが考
えられる。しかし、一体構造のガスセパレータの場合、
工作上の限界から、従来では１mmピッチが限度であり、
また、ガスの流れのコントロールを加味した構造を得る
ことができないという問題がある。また、上述したよう
にガス供給溝の間に冷却水溝を有する構造のセパレータ
は、供給溝間隔が小さいためシール部が少なく、ガス供
給部と冷却水供給部とのシールができないという問題が
ある。さらに、ガスセパレータ中に冷却機構を設けると
肉厚を大きくする必要があり、コンパクト化が阻害され
る。
るためには、ガス拡散電極へガス供給するためのガス供
給溝をできるだけ細分化してガス拡散電極の表面全体に
亘って均一にガスを供給するようにすると共に、集電距
離を最短にするために供給溝間隔を小さくすることが考
えられる。しかし、一体構造のガスセパレータの場合、
工作上の限界から、従来では１mmピッチが限度であり、
また、ガスの流れのコントロールを加味した構造を得る
ことができないという問題がある。また、上述したよう
にガス供給溝の間に冷却水溝を有する構造のセパレータ
は、供給溝間隔が小さいためシール部が少なく、ガス供
給部と冷却水供給部とのシールができないという問題が
ある。さらに、ガスセパレータ中に冷却機構を設けると
肉厚を大きくする必要があり、コンパクト化が阻害され
る。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、コンパク
ト且つ高性能であり、燃料電池のコンパクト化及び性能
向上を図ることができる燃料電池用ガスセパレータを提
供することを目的とする。
ト且つ高性能であり、燃料電池のコンパクト化及び性能
向上を図ることができる燃料電池用ガスセパレータを提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の燃料電池用ガスセパレータは、燃料電池のガス拡散
電極間に挾持されて一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを
他方側のガス拡散電極へ酸化剤ガスを供給するためのガ
スセパレータであって、 一方側のガス拡散電極と接触
する一面に燃料ガスを流通するための燃料ガス供給溝が
エッチングにより形成され、厚さが１ｍｍ程度のステン
レス鋼又は銅製の燃料ガス供給板と、他方側のガス拡散
電極と接触する一面に酸化剤ガスを流通するための酸化
剤ガス供給溝がエッチングにより形成された、厚さが１
ｍｍ程度のステンレス鋼又は銅製の酸化剤ガス供給板
と、これら燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板のそれ
ぞれの他面に接触した状態で冷却水を流通するための冷
却水供給溝がエッチングにより形成され、厚さが0.５ｍ
ｍ程度のステンレス鋼又は銅製の冷却水板とを接合一体
化してなることを特徴とする。
明の燃料電池用ガスセパレータは、燃料電池のガス拡散
電極間に挾持されて一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを
他方側のガス拡散電極へ酸化剤ガスを供給するためのガ
スセパレータであって、 一方側のガス拡散電極と接触
する一面に燃料ガスを流通するための燃料ガス供給溝が
エッチングにより形成され、厚さが１ｍｍ程度のステン
レス鋼又は銅製の燃料ガス供給板と、他方側のガス拡散
電極と接触する一面に酸化剤ガスを流通するための酸化
剤ガス供給溝がエッチングにより形成された、厚さが１
ｍｍ程度のステンレス鋼又は銅製の酸化剤ガス供給板
と、これら燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板のそれ
ぞれの他面に接触した状態で冷却水を流通するための冷
却水供給溝がエッチングにより形成され、厚さが0.５ｍ
ｍ程度のステンレス鋼又は銅製の冷却水板とを接合一体
化してなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】前記構成の燃料電池用ガスセパレータは、冷却
水板の両側に燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板を接
合したものであり、三者を個々に加工できるので、それ
ぞれ薄板とすることができ、且つエッチング等の微細加
工による供給溝の細分化を図ると共に任意の溝形状が得
ることができる。したがって、コンパクト化を図ること
ができる。また、燃料ガスと酸化剤ガスとの完全な分離
ができ、しかも、供給の均一化と集電効率の向上による
高性能化を図ることができる。
水板の両側に燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板を接
合したものであり、三者を個々に加工できるので、それ
ぞれ薄板とすることができ、且つエッチング等の微細加
工による供給溝の細分化を図ると共に任意の溝形状が得
ることができる。したがって、コンパクト化を図ること
ができる。また、燃料ガスと酸化剤ガスとの完全な分離
ができ、しかも、供給の均一化と集電効率の向上による
高性能化を図ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１３】図１には一実施例に係る燃料電池用ガスセ
パレータの分解斜視図、図２にはそのＡ部拡大図、図３
には各部品の表裏の平面及び製造工程を示す。
パレータの分解斜視図、図２にはそのＡ部拡大図、図３
には各部品の表裏の平面及び製造工程を示す。
【００１４】これらの図面に示すように、本実施例のガ
スセパレータ１０は、燃料ガス供給板２０、冷却水板３
０及び酸化剤ガス供給板４０を接合一体化したものであ
る。このガスセパレータ１０の四隅には厚さ方向に貫通
する燃料ガス供給孔１１、酸化剤ガス供給孔１２、燃料
ガス排出孔１３、酸化剤ガス排出孔１４が設けられてお
り、燃料ガス供給孔１１と燃料ガス排出孔１３、及び酸
化剤ガス供給孔１２と酸化剤ガス排出孔１４は、それぞ
れ対角位置に配されており、また、各排出孔１３，１４
の間及び各供給孔１１，１２の間、すなわち幅方向中央
部には、同様に厚さ方向に貫通する冷却水供給孔１５及
び冷却水排出孔１６がそれぞれ設けられている。
スセパレータ１０は、燃料ガス供給板２０、冷却水板３
０及び酸化剤ガス供給板４０を接合一体化したものであ
る。このガスセパレータ１０の四隅には厚さ方向に貫通
する燃料ガス供給孔１１、酸化剤ガス供給孔１２、燃料
ガス排出孔１３、酸化剤ガス排出孔１４が設けられてお
り、燃料ガス供給孔１１と燃料ガス排出孔１３、及び酸
化剤ガス供給孔１２と酸化剤ガス排出孔１４は、それぞ
れ対角位置に配されており、また、各排出孔１３，１４
の間及び各供給孔１１，１２の間、すなわち幅方向中央
部には、同様に厚さ方向に貫通する冷却水供給孔１５及
び冷却水排出孔１６がそれぞれ設けられている。
【００１５】燃料ガス供給板２０の表面には、幅方向
（図３中、上下方向）に延びる燃料ガス供給溝２１が多
数一定ピッチで形成されている。また、燃料ガス供給板
２０の裏面の幅方向両端部には、上記燃料ガス供給溝２
１の両端部に対応する位置に該燃料ガス供給溝２１と直
交する方向に延びる複数本の溝からなる燃料ガス供給ヘ
ッダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ２３が形成されてい
る。これら燃料ガス供給ヘッダ２２及び燃料ガス排出ヘ
ッダ２３は、図２に示すように、その底側で燃料ガス供
給溝２１と連通している。また、燃料ガス供給ヘッダ２
２はその一端で燃料ガス供給孔１１と、燃料ガス排出ヘ
ッダ２３はその一端で燃料ガス排出孔１３と、それぞれ
連通している。さらに、燃料ガス供給板２０の裏面の長
手方向（図３の左右方向）両端部には、それぞれ冷却水
供給孔１５及び冷却水排出孔１６と連通する複数本の溝
からなる冷却水供給ヘッダ２４及び冷却水排出ヘッダ２
５が形成されている。
（図３中、上下方向）に延びる燃料ガス供給溝２１が多
数一定ピッチで形成されている。また、燃料ガス供給板
２０の裏面の幅方向両端部には、上記燃料ガス供給溝２
１の両端部に対応する位置に該燃料ガス供給溝２１と直
交する方向に延びる複数本の溝からなる燃料ガス供給ヘ
ッダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ２３が形成されてい
る。これら燃料ガス供給ヘッダ２２及び燃料ガス排出ヘ
ッダ２３は、図２に示すように、その底側で燃料ガス供
給溝２１と連通している。また、燃料ガス供給ヘッダ２
２はその一端で燃料ガス供給孔１１と、燃料ガス排出ヘ
ッダ２３はその一端で燃料ガス排出孔１３と、それぞれ
連通している。さらに、燃料ガス供給板２０の裏面の長
手方向（図３の左右方向）両端部には、それぞれ冷却水
供給孔１５及び冷却水排出孔１６と連通する複数本の溝
からなる冷却水供給ヘッダ２４及び冷却水排出ヘッダ２
５が形成されている。
【００１６】酸化剤ガス供給板４０は、燃料ガス供給板
２０と同様な構造をしており、表面には酸化剤ガス供給
溝が形成されると共に、裏面には酸化剤ガス供給ヘッダ
４２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３、冷却水供給ヘッダ４
４及び冷却水供給ヘッダ４５がそれぞれ形成されてい
る。そして、酸化剤ガス供給溝と酸化剤ガス供給ヘッダ
４２及び酸化剤ガス排出ヘッダ４３とはそれぞれ底部で
連通しており、また、酸化剤ガス供給ヘッダ４２と酸化
剤ガス供給孔１２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３と酸化剤
ガス排出孔１４、冷却水供給ヘッダ４４と冷却水供給孔
１５、冷却水排出ヘッダ４５と冷却水排出孔１６とがそ
れぞれ連通している。
２０と同様な構造をしており、表面には酸化剤ガス供給
溝が形成されると共に、裏面には酸化剤ガス供給ヘッダ
４２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３、冷却水供給ヘッダ４
４及び冷却水供給ヘッダ４５がそれぞれ形成されてい
る。そして、酸化剤ガス供給溝と酸化剤ガス供給ヘッダ
４２及び酸化剤ガス排出ヘッダ４３とはそれぞれ底部で
連通しており、また、酸化剤ガス供給ヘッダ４２と酸化
剤ガス供給孔１２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３と酸化剤
ガス排出孔１４、冷却水供給ヘッダ４４と冷却水供給孔
１５、冷却水排出ヘッダ４５と冷却水排出孔１６とがそ
れぞれ連通している。
【００１７】また、冷却水板３０には、長手方向（図３
中左右方向）に延びると共に厚さ方向に貫通する冷却水
溝３１が形成されている。そして、これら冷却水溝３１
の両端部は、燃料ガス供給板２０及び酸化剤供給板４０
の冷却水供給ヘッダ２４，４４及び冷却水排出ヘッダ２
５，４５と対向している。
中左右方向）に延びると共に厚さ方向に貫通する冷却水
溝３１が形成されている。そして、これら冷却水溝３１
の両端部は、燃料ガス供給板２０及び酸化剤供給板４０
の冷却水供給ヘッダ２４，４４及び冷却水排出ヘッダ２
５，４５と対向している。
【００１８】本実施例のガスセパレータ１０は、このよ
うな構造の燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面側で冷却水板３０を挾み、接合したものであ
る。このガスセパレータ１０はガス拡散電極に挾まれた
状態で使用されるものである。そして、燃料ガス供給孔
１１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給ヘッダ２
２から各燃料ガス供給溝２１を流れた後、燃料ガス排出
ヘッダ２３を経由して燃料ガス排出孔１３から排出され
る。また、酸化剤ガス供給孔１２から供給される酸化剤
ガスは、酸化剤ガス供給ヘッダ４２から各酸化剤ガス供
給溝を流れた後、酸化剤ガス排出ヘッダ４３を経由して
酸化剤ガス排出孔１４から排出される。これにより、燃
料ガス供給溝２１及び酸化剤ガス供給溝４１をそれぞれ
流れるガスがガス拡散電極を介して供給されることにな
る。また、冷却水供給孔１５から供給される冷却水は、
冷却水供給ヘッダ２４，４４を介して冷却水溝３１に供
給されて、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面に接触して流れた後、冷却水排出ヘッダ２５，
４５を経由して冷却水排出孔１６から排出される。これ
により、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０
を介して燃料電池セルで発生した熱を除去することがで
きる。
うな構造の燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面側で冷却水板３０を挾み、接合したものであ
る。このガスセパレータ１０はガス拡散電極に挾まれた
状態で使用されるものである。そして、燃料ガス供給孔
１１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給ヘッダ２
２から各燃料ガス供給溝２１を流れた後、燃料ガス排出
ヘッダ２３を経由して燃料ガス排出孔１３から排出され
る。また、酸化剤ガス供給孔１２から供給される酸化剤
ガスは、酸化剤ガス供給ヘッダ４２から各酸化剤ガス供
給溝を流れた後、酸化剤ガス排出ヘッダ４３を経由して
酸化剤ガス排出孔１４から排出される。これにより、燃
料ガス供給溝２１及び酸化剤ガス供給溝４１をそれぞれ
流れるガスがガス拡散電極を介して供給されることにな
る。また、冷却水供給孔１５から供給される冷却水は、
冷却水供給ヘッダ２４，４４を介して冷却水溝３１に供
給されて、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面に接触して流れた後、冷却水排出ヘッダ２５，
４５を経由して冷却水排出孔１６から排出される。これ
により、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０
を介して燃料電池セルで発生した熱を除去することがで
きる。
【００１９】次に、上述したガスセパレータ１０の具体
的製造例を示す。燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供
給板４０には、厚さ１mmの純銅板（リン脱酸銅）を用い
た。ガス供給溝２１，４１は０．５mmピッチで０．５mm
の深さとし、裏面のガス供給ヘッダ２２，４２及びガス
排出ヘッダ２３，４３並びに冷却水供給ヘッダ２４，４
４及び冷却水排出ヘッダ２５，４５も０．５mmの深さと
し、ハーフエッチングにより両面同時に加工した。な
お、ガス供給孔１１，１２及びガス排出孔１３，１４並
びに冷却水供給孔１５及び冷却水排出孔１６が貫通する
と共に、ガス供給溝２１，４１とガス供給ヘッダ２２，
４２及びガス排出ヘッダ２３，４３とがそれぞれ連通し
た時点を加工の終点とした。また、冷却水板３０には、
厚さ０．５mmの純銅板を用い、やはりエッチングにより
厚さ方向に貫通するまで加工して冷却水供給溝３１及び
各孔１１〜１６を形成した。次に、冷却水板３０の表裏
面全面に５〜７μＡｇめっきし、これを燃料ガス供給板
２０及び酸化剤ガス供給板４０の裏面側で挾み、真空拡
散溶接装置により一体接合した。この真空拡散接合は、
５×１０-4Torrの真空中で、温度９５０℃、面圧０．１
kg／mm2 で加圧時間３時間保持した後、徐冷することに
より行い、厚さ２．５mmのガスセパレータ１０を得た。
的製造例を示す。燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供
給板４０には、厚さ１mmの純銅板（リン脱酸銅）を用い
た。ガス供給溝２１，４１は０．５mmピッチで０．５mm
の深さとし、裏面のガス供給ヘッダ２２，４２及びガス
排出ヘッダ２３，４３並びに冷却水供給ヘッダ２４，４
４及び冷却水排出ヘッダ２５，４５も０．５mmの深さと
し、ハーフエッチングにより両面同時に加工した。な
お、ガス供給孔１１，１２及びガス排出孔１３，１４並
びに冷却水供給孔１５及び冷却水排出孔１６が貫通する
と共に、ガス供給溝２１，４１とガス供給ヘッダ２２，
４２及びガス排出ヘッダ２３，４３とがそれぞれ連通し
た時点を加工の終点とした。また、冷却水板３０には、
厚さ０．５mmの純銅板を用い、やはりエッチングにより
厚さ方向に貫通するまで加工して冷却水供給溝３１及び
各孔１１〜１６を形成した。次に、冷却水板３０の表裏
面全面に５〜７μＡｇめっきし、これを燃料ガス供給板
２０及び酸化剤ガス供給板４０の裏面側で挾み、真空拡
散溶接装置により一体接合した。この真空拡散接合は、
５×１０-4Torrの真空中で、温度９５０℃、面圧０．１
kg／mm2 で加圧時間３時間保持した後、徐冷することに
より行い、厚さ２．５mmのガスセパレータ１０を得た。
【００２０】以上説明したガスセパレータ１０は燃料ガ
ス供給板２０、冷却水板３０及び酸化剤ガス供給板４０
をそれぞれ加工すればよいので、容易に加工でき且つコ
ンパクト化が図れる。また、実施例のようにエッチング
加工を採用すると、溝の大きさ、形状を任意に変化させ
ることができるので、圧損に応じて各溝を拡げたり縮少
したりすることができるので、ガス供給の均一化を図る
ことができる。さらに、かかるガスセパレータは個々に
冷却されるので、燃料電池の反応熱のコントロールが可
能となり、後述するような優れた発電性能を得ることが
できる。また、本発明のセパレータを構成する各溝は、
エッチングにより形成してなるので、薄い板厚であって
も安定した溝深さで容易に加工が可能であると共に、よ
り薄い板を用いることが可能となる。
ス供給板２０、冷却水板３０及び酸化剤ガス供給板４０
をそれぞれ加工すればよいので、容易に加工でき且つコ
ンパクト化が図れる。また、実施例のようにエッチング
加工を採用すると、溝の大きさ、形状を任意に変化させ
ることができるので、圧損に応じて各溝を拡げたり縮少
したりすることができるので、ガス供給の均一化を図る
ことができる。さらに、かかるガスセパレータは個々に
冷却されるので、燃料電池の反応熱のコントロールが可
能となり、後述するような優れた発電性能を得ることが
できる。また、本発明のセパレータを構成する各溝は、
エッチングにより形成してなるので、薄い板厚であって
も安定した溝深さで容易に加工が可能であると共に、よ
り薄い板を用いることが可能となる。
【００２１】固体高分子電解質膜及び２枚のガス拡散電
極との接合体（以下、セルという）３０枚と、上記セパ
レータ３１枚とを交互に重ね合せて燃料電池とした。こ
の燃料電池に燃料ガスとしてＨ2 （水蒸気加湿）を２．
５kg／cm2 Ｇで３０l／min 、酸化剤ガスとしてＯ
2 ２．５kg／cm2 Ｇ、３０ l／min をそれぞれ供給し、
セル温度７０℃で発電性能を測定した。この結果は図４
に示す。一方、比較のため、従来のガスセパレータとし
て、放電加工の限界である１mmピッチで１mmの深さのガ
ス供給溝を有すると共にガス供給用のガス供給・排出用
ヘッダを板厚方向の中心に設けたもの（厚さ８mm）を用
いて同様の３０枚のセルで燃料電池を構成し、同様に発
電性能を測定した。この場合、冷却は３枚ピッチで水冷
板（厚さ８mm）を設置することにより行った。この結果
も図４に示す。なお、両者の反応面積は１６８cm2 で同
一である。この結果より、本発明のガスセパレータを用
いた燃料電池の方が優れた発電性能が得られることが認
められた。なお、従来型の比較例の燃料電池はセル内で
局部発熱と、反応熱の除去が困難で、運転の安定性に乏
しいので、瞬時のデータである。
極との接合体（以下、セルという）３０枚と、上記セパ
レータ３１枚とを交互に重ね合せて燃料電池とした。こ
の燃料電池に燃料ガスとしてＨ2 （水蒸気加湿）を２．
５kg／cm2 Ｇで３０l／min 、酸化剤ガスとしてＯ
2 ２．５kg／cm2 Ｇ、３０ l／min をそれぞれ供給し、
セル温度７０℃で発電性能を測定した。この結果は図４
に示す。一方、比較のため、従来のガスセパレータとし
て、放電加工の限界である１mmピッチで１mmの深さのガ
ス供給溝を有すると共にガス供給用のガス供給・排出用
ヘッダを板厚方向の中心に設けたもの（厚さ８mm）を用
いて同様の３０枚のセルで燃料電池を構成し、同様に発
電性能を測定した。この場合、冷却は３枚ピッチで水冷
板（厚さ８mm）を設置することにより行った。この結果
も図４に示す。なお、両者の反応面積は１６８cm2 で同
一である。この結果より、本発明のガスセパレータを用
いた燃料電池の方が優れた発電性能が得られることが認
められた。なお、従来型の比較例の燃料電池はセル内で
局部発熱と、反応熱の除去が困難で、運転の安定性に乏
しいので、瞬時のデータである。
【００２２】また、上述した実施例の燃料電池と比較例
の燃料電池のセル部の寸法を比較した。実施例の燃料電
池は、セル１枚が１．１mmだから、全体の厚さは１．１
×３０＋２．５×３１＝１１０．５mmである。一方、比
較例の燃料電池は、１．１×３０＋８×３１＋８mm×１
０（水冷板）＝３６１mmである。このように、本発明の
ガスセパレータを用いると、燃料電池の著しいコンパク
ト化が実現できる。
の燃料電池のセル部の寸法を比較した。実施例の燃料電
池は、セル１枚が１．１mmだから、全体の厚さは１．１
×３０＋２．５×３１＝１１０．５mmである。一方、比
較例の燃料電池は、１．１×３０＋８×３１＋８mm×１
０（水冷板）＝３６１mmである。このように、本発明の
ガスセパレータを用いると、燃料電池の著しいコンパク
ト化が実現できる。
【００２３】以上説明した実施例では、セパレータの材
質を純銅としたが、勿論これに限定されず、ステンレス
鋼などを用いてもよい。
質を純銅としたが、勿論これに限定されず、ステンレス
鋼などを用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスセパ
レータは、ガスの均一供給及び集電効率の向上を図るこ
とができると共に、発電に伴なう発熱量のコントロー
ル、運転条件の安定化を図ることができ、しかも燃料電
池を著しくコンパクト化することができる。
レータは、ガスの均一供給及び集電効率の向上を図るこ
とができると共に、発電に伴なう発熱量のコントロー
ル、運転条件の安定化を図ることができ、しかも燃料電
池を著しくコンパクト化することができる。
【図１】一実施例に係るガスセパレータの分解斜視図で
ある。
ある。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のセパレータの部品構造を示す説明図であ
る。
る。
【図４】試験結果の電池性能曲線を示すグラフである。
【図５】固体高分子電解質膜燃料電池を示す構成図であ
る。
る。
１０ ガスセパレータ １１ 燃料ガス供給孔 １２ 酸化剤ガス供給孔 １３ 燃料ガス排出孔 １４ 酸化剤ガス排出孔 ２０ 燃料ガス供給板 ２１ 燃料ガス供給溝 ２２ 燃料ガス供給ヘッダ ２３ 燃料ガス排出ヘッダ ２４ 冷却水供給ヘッダ ２５ 冷却水排出ヘッダ ３０ 冷却水板 ３１ 冷却水供給溝 ４０ 酸化剤ガス供給板 ４１ 酸化剤ガス供給溝 ４２ 酸化剤ガス供給ヘッダ ４３ 酸化剤ガス排出ヘッダ ４４ 冷却水供給ヘッダ ４５ 冷却水排出ヘッダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−140559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−31568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−236459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−241658（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料電池のガス拡散電極間に挾持され
て一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを他方側のガス拡散
電極へ酸化剤ガスを供給するためのガスセパレータであ
って、 一方側のガス拡散電極と接触する一面に燃料ガ
スを流通するための燃料ガス供給溝がエッチングにより
形成され、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼又は銅製の
燃料ガス供給板と、 他方側のガス拡散電極と接触する一面に酸化剤ガスを流
通するための酸化剤ガス供給溝がエッチングにより形成
された、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼又は銅製の酸
化剤ガス供給板と、 これら燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板のそれぞれ
の他面に接触した状態で冷却水を流通するための冷却水
供給溝がエッチングにより形成され、厚さが0.５ｍｍ程
度のステンレス鋼又は銅製の冷却水板とを接合一体化し
てなることを特徴とする燃料電池用ガスセパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028339A JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028339A JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04267062A JPH04267062A (ja) | 1992-09-22 |
| JP3064023B2 true JP3064023B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=12245848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3028339A Expired - Lifetime JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064023B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4234093A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Siemens Ag | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
| US5776624A (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-07 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for PEM fuel cells |
| US6410178B1 (en) | 1998-05-08 | 2002-06-25 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Separator of fuel cell and method for producing same |
| JP2000100457A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
| AUPQ078899A0 (en) * | 1999-06-04 | 1999-06-24 | Ceramic Fuel Cells Limited | A fuel cell gas separator |
| DE19953404B4 (de) * | 1999-11-06 | 2004-11-25 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel |
| US6413664B1 (en) | 1999-12-23 | 2002-07-02 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell separator plate with discrete fluid distribution features |
| EP1189297A3 (en) | 2000-09-13 | 2004-04-07 | Mitsui Takeda Chemicals, Inc. | Separator for solid polymer type fuel cell and process for producing the same |
| SE523665C2 (sv) * | 2002-09-20 | 2004-05-11 | Volvo Technology Corp | Bränslecell och bränslecellsstack |
| CN1507097A (zh) * | 2002-12-10 | 2004-06-23 | ��̫ȼ�ϵ�ؿƼ��ɷ�����˾ | 燃料电池组整合式双极板模组 |
| JP4911975B2 (ja) | 2003-02-17 | 2012-04-04 | ジャパンコンポジット株式会社 | 導電性樹脂組成物及び燃料電池用セパレーター |
| JP4486357B2 (ja) * | 2003-12-18 | 2010-06-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP4627406B2 (ja) * | 2004-04-02 | 2011-02-09 | 株式会社日立製作所 | セパレータおよび燃料電池 |
| JP4899546B2 (ja) * | 2006-03-13 | 2012-03-21 | トヨタ自動車株式会社 | セパレータ、および、燃料電池 |
| JP5082467B2 (ja) * | 2007-01-29 | 2012-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータ |
| JP5233181B2 (ja) | 2007-06-27 | 2013-07-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| KR102034123B1 (ko) | 2012-10-19 | 2019-10-18 | 아우디 아게 | 저비용 연료 전지 구성요소 |
| CN109216727A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-15 | 威马智慧出行科技（上海）有限公司 | 一种直接甲醇燃料电池的冷却*** |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP3028339A patent/JP3064023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04267062A (ja) | 1992-09-22 |
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Legal Events
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