JP4013938B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4013938B2 JP4013938B2 JP2004323903A JP2004323903A JP4013938B2 JP 4013938 B2 JP4013938 B2 JP 4013938B2 JP 2004323903 A JP2004323903 A JP 2004323903A JP 2004323903 A JP2004323903 A JP 2004323903A JP 4013938 B2 JP4013938 B2 JP 4013938B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- separator
- gasket seal
- fuel cell
- seal
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード)とからなる。MEAとセパレータとの間には、通常、拡散層が設けられる。この拡散層は、触媒層への反応ガスの拡散をよくするためのものであり、触媒層と協働して電極を構成するので電極の一部と考えてもよい。セパレータは、アノードに燃料ガス(水素)を供給する燃料ガス流路およびカソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路が形成されるとともに、隣接するセル間の電子の通路を構成している。
セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル(電極板)、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)とボルトにて固定して、スタックが形成される。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、または、セル積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してセル積層体の他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
上記反応を行うために、スタックには燃料ガス、酸化ガスが供給・排出される。また、セパレータでのジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷媒(通常は冷却水)が流れる流路が形成されており、そこに冷媒が循環され、燃料電池を冷却している。スタック内における燃料ガス、酸化ガス、冷媒のスタックのそれぞれの流路からの洩れと混合を防止するために、燃料電池の構成要素(セパレータ、電解質膜など)間にはシール材が設けられて構成要素間をシールしている。このシール材のシールラインには、モジュール間ガスケットシールラインと、MEAを挟んだセパレータ間シールラインとがある。セパレータ間シールラインは、ガスケットまたは接着剤シール材からなるシールラインである。
特開2001−102072は、これらのシールラインを開示しており、そこでは、異種流体流路間を一重のガスケットまたは接着剤シールでシールしている。
図7、図8は従来シールラインを示している。図7は、従来のモジュール間ガスケットシールライン1を示しており、そこでは、ガスマニホールド回りのシールライン1aと、反応面内の冷却水流路回りのシールライン1bとが、異種流路間部位で共有されて、一重シールライン1cを構成している。図8は、従来のMEAを挟んだセパレータ間接着剤シールライン2を示しており、そこでは、燃料ガスマニホールド回りの接着剤シールライン2aと、酸化ガスマニホールド回りの接着剤シールライン2bとが、異種流路間部位で共有されて、一重シールライン2cを構成している。
本発明の目的は、ガス連通部のセパレータ部分にガス連通部からガス圧がかかった時に、セパレータに変形や割れ、亀裂が生じることを防止することができる燃料電池を提供することにある。
(1) MEAを2つのセパレータで挟んでモジュールとし、モジュールを積層してスタックとした燃料電池であって、
前記スタックが、モジュール間に設けたガスケットシール材からなるガスケットシールラインと、各モジュールのMEAを挟む2つのセパレータ間に設けた接着剤シール材からなる接着剤シールラインとを有しており、
前記モジュール間に設けたガスケットシール材からなるガスケットシールラインが、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷媒、酸化ガスと冷媒の、異種流体流路間に2本のガスケットシールラインが存在するように、異種流体流路間部位で、二重化されており、
マニホールドと燃料電池発電部のガス流路とを連通するガス連通部のセル積層方向に対応するモジュール間部位に、セパレータを押さえるバックアップ構造が設けられており、該バックアップ構造は、前記モジュール間に設けた、前記異種流体流路間部位の前記二重化されたガスケットシールライン間に設けられており、
前記バックアップ構造は、各セパレータから突出した凸部からなり、ガスケットシール材配設部位のセパレータ面が発電部位のセパレータ面よりもセパレータ厚さ方向に後退しており、前記凸部は該後退量だけガスケットシール材配設部位のセパレータ面から突出しており、隣接するモジュールの凸部が凸部先端面で当接されている、燃料電池。
上記(1)の燃料電池では、シールラインを異種流体流路間で二重化したので、1つのシールラインに透過または切れによる洩れが生じても、洩れた流体はシールライン間を通ってスタック外部に排出されるだけで、異種流体が混合することはない。スタック外部に排出された流体は、外部の管理された処理システムにより安全に処理される。
本発明の燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池10に適用される。ただし、それ以外のタイプの燃料電池であってもよい。燃料電池10は、燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に搭載、配置されてもよい。
スタック23の一端側には、エンドプレート22とインシュレータ21との間にプレッシャプレート32が設けられ、プレッシャプレート32とエンドプレート22との間にばね機構33が設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制している。
モジュール間ガスケットシール材51はゴムシール材で、通常、セパレータ面に焼付られており、接着剤ではないため、モジュール間で分離可能である。モジュールを構成するセパレータ間のシール材52は、接着剤またはガスケットからなるシール材である。シール材52が接着剤シール材からなる場合は、シール材52はモジュール19を構成するセパレータ18同士の接着剤ともなる。図示例では1モジュールに複数のセパレータがある場合を示しており、1モジュールを構成する複数のセパレータ同士はシール材52によって互いに接着されていてもよい。
異種流体流路(マニホールドを含む)間部位以外では、シールラインは1本であってよい。
すなわち、燃料ガス流路と冷媒流路間ではガスケットシール材51aからなるラインとガスケットシール材51cからなるラインとの2本のシールラインがあり、酸化ガス流路と冷媒流路間ではガスケットシール材51bからなるラインとガスケットシール材51cからなるラインとの2本のシールラインがあり、燃料ガス流路と酸化ガス流路間ではガスケットシール材51aからなるラインとガスケットシール材51bからなるラインとの2本のシールラインがある。2本のシールライン間部位(51a、51b、51cの何れか2本の間)はスタック外に通じている。
すなわち、燃料ガス流路と酸化ガス流路間ではシール材52aからなるラインとシール材52bからなるラインとの2本のシールラインがある。2本のシールライン52a、52b間部位はスタック外に通じている。
従来の、異種流体流路間が一重シールの場合には、それが接する2つの流体に対する耐食性が異なる場合、それを同時に満足することは困難であるが、本発明では、二重シールで各シール材が1種の流体にしか接しないので、接する流体に対する耐食性を満足させることは容易である。
図5は、バックアップ構造54を設けない場合には、ガス圧によってセパレータが2点鎖線のように変形することを示している。
本発明の燃料電池では、シールライン51および/または52を異種流体流路間で二重化したので、1つのシールラインに透過または切れによる洩れが生じても、洩れた流体はシールライン間部位を通ってスタック23外部に排出されるだけで、異種流体が混合することはない。これによって、燃料ガスと酸化ガスとが混合することはなく、また、燃料ガスや酸化ガスが冷媒流路に侵入することがない。その結果、混合による燃料電池の性能低下、燃料ガスと空気との混合による火災のおそれ、ガスの冷却水への侵入による冷却不足、ポンプのガス巻き込みによるポンピング不良、等のおそれを無くすことができる。また、スタック23外部に排出された流体は、燃料電池スタック23が図示略のケーシング内に配置されているので、外部の管理された処理システムにより安全に処理される。
11 電解質膜
12 触媒層
13 拡散層
14 電極(アノード)
15 触媒層
16 拡散層
17 電極(カソード)
18 セパレータ
19 モジュール
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 テンションプレート
25 ボルト
26 冷媒流路
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 プレッシャプレート
33 ばね機構
50 シール材
51 ガスケットシール材
51a 燃料ガスマニホールド30まわりのガスケットシール材
51b 酸化ガスマニホールド31まわりのガスケットシール材
51c 冷媒流路26まわりのガスケットシール材
52 シール材
52a 燃料ガスマニホールド30および燃料ガス流路27まわりのシール材
52b 酸化ガスマニホールド31および酸化ガス流路28まわりのシール材
53 ガス連通部
54 バックアップ構造
Claims (1)
- MEAを2つのセパレータで挟んでモジュールとし、モジュールを積層してスタックとした燃料電池であって、
前記スタックが、モジュール間に設けたガスケットシール材からなるガスケットシールラインと、各モジュールのMEAを挟む2つのセパレータ間に設けた接着剤シール材からなる接着剤シールラインとを有しており、
前記モジュール間に設けたガスケットシール材からなるガスケットシールラインが、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷媒、酸化ガスと冷媒の、異種流体流路間に2本のガスケットシールラインが存在するように、異種流体流路間部位で、二重化されており、
マニホールドと燃料電池発電部のガス流路とを連通するガス連通部のセル積層方向に対応するモジュール間部位に、セパレータを押さえるバックアップ構造が設けられており、該バックアップ構造は、前記モジュール間に設けた、前記異種流体流路間部位の前記二重化されたガスケットシールライン間に設けられており、
前記バックアップ構造は、各セパレータから突出した凸部からなり、ガスケットシール材配設部位のセパレータ面が発電部位のセパレータ面よりもセパレータ厚さ方向に後退しており、前記凸部は該後退量だけガスケットシール材配設部位のセパレータ面から突出しており、隣接するモジュールの凸部が凸部先端面で当接されている、燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004323903A JP4013938B2 (ja) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004323903A JP4013938B2 (ja) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | 燃料電池 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001313976A Division JP3636126B2 (ja) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | 燃料電池のシール構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005056861A JP2005056861A (ja) | 2005-03-03 |
JP4013938B2 true JP4013938B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=34373878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004323903A Expired - Lifetime JP4013938B2 (ja) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | 燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4013938B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5344273B2 (ja) | 2006-04-25 | 2013-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池およびそのセパレータ |
JP5248036B2 (ja) * | 2007-05-01 | 2013-07-31 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
-
2004
- 2004-11-08 JP JP2004323903A patent/JP4013938B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005056861A (ja) | 2005-03-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4747486B2 (ja) | 燃料電池 | |
US7977011B2 (en) | Fuel stack structure with an adhesive layer | |
CA2411081C (en) | Fuel cell stack with support members and offset sealing members | |
JP5011627B2 (ja) | 燃料電池 | |
US20060083977A1 (en) | Fuel cell | |
JP2007250353A (ja) | 燃料電池 | |
US7709132B2 (en) | Fuel cell stack | |
WO2008015528A1 (en) | Fuel cell | |
JP5125022B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4581702B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4042547B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
JP2007194124A (ja) | 燃料電池 | |
JP3636126B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
JP5109277B2 (ja) | マルチセルモジュールおよび燃料電池スタック | |
JP4013938B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4013940B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
JP4569084B2 (ja) | 燃料電池積層構造 | |
JP2003297395A (ja) | 燃料電池 | |
JP2008186736A (ja) | 燃料電池スタック | |
JP4765594B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4127034B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP5369918B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2005116378A (ja) | 燃料電池の位置決め構造 | |
JP5675437B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP2006012462A (ja) | 燃料電池のシール構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070508 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070704 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070821 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070903 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4013938 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110921 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110921 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120921 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120921 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130921 Year of fee payment: 6 |