JP5295877B2

JP5295877B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5295877B2
Application number: JP2009144174A
Authority: JP
Inventors: 健牛尾; 修平後藤; 剛森本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP2011003348A

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are laminated.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、一方の面内にアノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方の面内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が設けられたアノード側セパレータと、一方の面内にカソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられるとともに、他方の面内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が設けられたカソード側セパレータとが用いられている。 In the above fuel cell, a fuel gas channel for flowing the fuel gas is provided in one surface facing the anode side electrode, and a cooling medium channel for flowing a cooling medium is provided in the other surface. An anode gas separator, and an oxidant gas flow channel for flowing an oxidant gas in one surface to face the cathode electrode, and a cooling medium flow for flowing a cooling medium in the other surface. A cathode separator provided with a channel is used.

また、複数の単位セル毎に冷却媒体流路を形成する、所謂、間引き冷却型燃料電池では、上記のアノード側セパレータ及びカソード側セパレータの他に、一方の面内に酸化剤ガス流路が設けられ且つ他方の面内に燃料ガス流路が設けられた中間セパレータが用いられている。 In addition, in the so-called thinning cooling type fuel cell in which a cooling medium flow path is formed for each of a plurality of unit cells, in addition to the anode side separator and the cathode side separator, an oxidant gas flow path is provided in one surface. And an intermediate separator provided with a fuel gas flow path in the other surface.

このため、燃料電池スタックを組み付ける際に、作業性の向上を図るため、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータ、さらに中間セパレータを容易に識別することが望まれている。そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池単セルが知られている。 For this reason, when assembling the fuel cell stack, in order to improve workability, it is desired to easily identify the anode side separator, the cathode side separator, and the intermediate separator. Therefore, for example, a fuel cell single cell disclosed in Patent Document 1 is known.

この燃料電池単セルは、固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟み込んだ膜電極接合体と、前記膜電極接合体を両面から挟み込む一対の燃料電池用セパレータと、セパレータ積層面のうち前記燃料電池単セルの機能に影響なく視認性のよい箇所に設けられ、燃料電池用セパレータに関する固有情報に対応づけられた凸状の固有情報表示部（以下、識別マークという）とを備えている。 The fuel cell single cell includes a membrane electrode assembly in which a solid electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, a pair of fuel cell separators in which the membrane electrode assembly is sandwiched from both sides, and the fuel among the separator stack surfaces. It has a convex unique information display section (hereinafter referred to as an identification mark) that is provided at a location with good visibility without affecting the function of the single battery cell and is associated with the unique information related to the fuel cell separator.

特許第４０８５７９６号公報Japanese Patent No. 4085796

しかしながら、上記の燃料電池単セルでは、特に金属セパレータが使用される際、識別マークに対応して金属表面が露呈しているため、被水や塵埃等の進入により前記識別マークの金属露呈部分の腐食や汚れが進行し易い。従って、識別マークの読み取りが容易に遂行されないおそれがある。 However, in the above fuel cell single cell, particularly when a metal separator is used, the metal surface is exposed corresponding to the identification mark. Therefore, the metal exposed portion of the identification mark is exposed due to entry of water or dust. Corrosion and dirt tend to progress. Therefore, there is a possibility that reading of the identification mark is not easily performed.

しかも、識別マークは、高電圧に帯電する部分であるため、塵埃や水を介して外部との地絡が惹起されるという問題がある。 In addition, since the identification mark is a portion charged to a high voltage, there is a problem that a ground fault with the outside is caused through dust or water.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、識別マークの視認性を良好に確保するとともに、地絡の発生を可及的に阻止することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of ensuring the visibility of an identification mark with a simple configuration and preventing the occurrence of a ground fault as much as possible. The purpose is to do.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関するものである。セパレータの外周縁部には、シール部材により周回される周回部位が設けられるとともに、前記周回部位には、前記セパレータの識別マークが配置されている。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are laminated. A circumferential portion that is circulated by the seal member is provided at the outer peripheral edge of the separator, and an identification mark for the separator is disposed at the circumferential portion.

また、この燃料電池は、周回部位には、セパレータを積層方向に貫通する開口部が形成されることが好ましい。 In addition, in this fuel cell, it is preferable that an opening that penetrates the separator in the stacking direction is formed in the circulation portion.

さらに、この燃料電池は、積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるエンドプレートには、開口部に連通して外気に開放される孔部が形成されるとともに、前記孔部は、栓部材により閉塞可能に構成されることが好ましい。 Further, in this fuel cell, the end plate disposed at at least one end portion in the stacking direction is formed with a hole portion that communicates with the opening portion and is opened to the outside air. It is preferable to be configured to be occluded by a member.

さらにまた、この燃料電池は、積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるエンドプレートには、開口部に連通して外気に開放される孔部が形成されるとともに、前記孔部には、通気防水膜が配設されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, the end plate disposed at at least one end in the stacking direction is formed with a hole that communicates with the opening and is opened to the outside air. A breathable waterproof membrane is preferably provided.

本発明によれば、識別マークがシール部材により周回されるため、この識別マークが設けられた周回部位への被水や塵埃等の進入を確実に阻止することができる。従って、識別マークの腐食や汚れを抑制することが可能になる。これにより、簡単な構成で、識別マークの視認性を良好に確保するとともに、地絡の発生を可及的に阻止することができる。 According to the present invention, since the identification mark is circulated by the seal member, it is possible to reliably prevent entry of water, dust, or the like into the circulation portion where the identification mark is provided. Therefore, it becomes possible to suppress the corrosion and dirt of the identification mark. Thereby, it is possible to ensure the visibility of the identification mark with a simple configuration and to prevent the occurrence of a ground fault as much as possible.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell taken along line III-III in FIG. 1. 前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said electric power generation unit. 前記第１金属セパレータの要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing of a said 1st metal separator. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory view of the fuel cell concerning a 2nd embodiment of the present invention.

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に沿って互いに積層して構成される。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention includes a power generation unit 12, and the plurality of power generation units 12 are arranged in a horizontal direction (arrow A direction) or a vertical direction (arrow C direction). Are stacked on each other.

発電ユニット１２の積層方向両端には、ターミナルプレート１４ａ、１４ｂ、絶縁プレート１６ａ、１６ｂ及びエンドプレート１８ａ、１８ｂが配設される。エンドプレート１８ａ、１８ｂ間は、図示しないタイロッドにより積層方向に締め付け荷重が付与される。ターミナルプレート１４ａ、１４ｂには、電力取り出し端子２０ａ、２０ｂが設けられるとともに、前記電力取り出し端子２０ａ、２０ｂは、エンドプレート１８ａ、１８ｂから外方に突出する。なお、タイロッドに代えて、ケーシング（図示せず）を使用してもよい。 Terminal plates 14a and 14b, insulating plates 16a and 16b, and end plates 18a and 18b are disposed at both ends of the power generation unit 12 in the stacking direction. A tightening load is applied between the end plates 18a and 18b in the stacking direction by a tie rod (not shown). The terminal plates 14a and 14b are provided with power extraction terminals 20a and 20b, and the power extraction terminals 20a and 20b protrude outward from the end plates 18a and 18b. A casing (not shown) may be used instead of the tie rod.

発電ユニット１２は、図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）２６ａ、第２金属セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂ及び第３金属セパレータ３０を設ける。 2 and 3, the power generation unit 12 includes a first metal separator 24, a first electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) (MEA) 26a, a second metal separator 28, a second electrolyte. The membrane / electrode structure 26b and the third metal separator 30 are provided.

第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。 The first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 are, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a vertically long metal whose surface has been subjected to anticorrosion treatment. Consists of plates. The first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 have a rectangular planar shape, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape.

第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３２と、前記固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード側電極３４及びカソード側電極３６とを備える。アノード側電極３４は、カソード側電極３６よりも小さな表面積を有する段差型ＭＥＡを構成している。 The first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane 32 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 32 An electrode 34 and a cathode side electrode 36 are provided. The anode side electrode 34 constitutes a stepped MEA having a smaller surface area than the cathode side electrode 36.

アノード側電極３４及びカソード側電極３６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３２の両面に形成される。 The anode-side electrode 34 and the cathode-side electrode 36 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 32.

図２に示すように、発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔４２ａが設けられる。 As shown in FIG. 2, an oxidation for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, is communicated with each other in the arrow A direction at the upper edge of the power generation unit 12 in the long side direction (arrow C direction). An agent gas inlet communication hole 40a and a fuel gas inlet communication hole 42a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４０ｂが設けられる。 A lower end edge of the power generation unit 12 in the long side direction (arrow C direction) communicates with each other in the direction of arrow A to discharge the fuel gas outlet communication hole 42b for discharging the fuel gas, and to discharge the oxidant gas. The oxidant gas outlet communication hole 40b is provided.

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔４４ｂが設けられる。 A pair of cooling medium inlet communication holes 44a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium are provided above both end edges in the short side direction (arrow B direction) of the power generation unit 12, and A pair of cooling medium outlet communication holes 44b for discharging the cooling medium is provided below both edge portions in the short side direction of the power generation unit 12.

第１金属セパレータ２４の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２４ａには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとを連通する第１燃料ガス流路４６が形成される。第１燃料ガス流路４６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部４６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路４６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４８及び出口バッファ部５０が設けられる。 A surface 24a of the first metal separator 24 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a is formed with a first fuel gas channel 46 that connects the fuel gas inlet communication hole 42a and the fuel gas outlet communication hole 42b. . The first fuel gas channel 46 has a plurality of corrugated channel grooves 46a extending in the direction of arrow C, and has a plurality of embosses near the inlet and the outlet of the first fuel gas channel 46, respectively. An inlet buffer unit 48 and an outlet buffer unit 50 are provided.

第１金属セパレータ２４の面２４ｂには、冷却媒体入口連通孔４４ａと冷却媒体出口連通孔４４ｂとを連通する冷却媒体流路５４の一部が形成される。面２４ｂには、第１燃料ガス流路４６を構成する複数の波状流路溝部４６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部５４ａが形成される。 A part of the cooling medium flow path 54 that connects the cooling medium inlet communication hole 44 a and the cooling medium outlet communication hole 44 b is formed on the surface 24 b of the first metal separator 24. On the surface 24 b, a plurality of wavy flow channel grooves 54 a that are the back surface shape of the plurality of wavy flow channel grooves 46 a constituting the first fuel gas flow channel 46 are formed.

第２金属セパレータ２８の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２８ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路６０が形成される。第１酸化剤ガス流路６０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部６０ａを有する。第１酸化剤ガス流路６０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６２及び出口バッファ部６４が設けられる。 A first oxidant gas flow path 60 that communicates the oxidant gas inlet communication hole 40a and the oxidant gas outlet communication hole 40b is formed on the surface 28a of the second metal separator 28 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. It is formed. The first oxidant gas flow channel 60 has a plurality of wavy flow channel grooves 60a extending in the direction of arrow C. An inlet buffer unit 62 and an outlet buffer unit 64 are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the first oxidizing gas channel 60.

第２金属セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面２８ｂには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとを連通する第２燃料ガス流路６８が形成される。第２燃料ガス流路６８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部６８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路６８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部７０及び出口バッファ部７２が設けられる。第２燃料ガス流路６８は、第１酸化剤ガス流路６０の裏面形状である一方、入口バッファ部７０及び出口バッファ部７２は、入口バッファ部６２及び出口バッファ部６４の裏面形状である。 A second fuel gas flow path 68 that connects the fuel gas inlet communication hole 42a and the fuel gas outlet communication hole 42b is formed on the surface 28b of the second metal separator 28 that faces the second electrolyte membrane / electrode structure 26b. . The second fuel gas channel 68 has a plurality of corrugated channel grooves 68a extending in the direction of arrow C, and an inlet buffer unit 70 and an outlet are provided near the inlet and the outlet of the second fuel gas channel 68. A buffer unit 72 is provided. The second fuel gas channel 68 has a back surface shape of the first oxidant gas channel 60, while the inlet buffer unit 70 and the outlet buffer unit 72 have the back surface shape of the inlet buffer unit 62 and the outlet buffer unit 64.

第３金属セパレータ３０の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面３０ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路７６が形成される。第２酸化剤ガス流路７６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部７６ａを有する。第２酸化剤ガス流路７６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部７８及び出口バッファ部８０が設けられる。 On the surface 30a of the third metal separator 30 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 26b, there is a second oxidant gas flow path 76 that connects the oxidant gas inlet communication hole 40a and the oxidant gas outlet communication hole 40b. It is formed. The second oxidant gas channel 76 has a plurality of wave-like channel grooves 76a extending in the direction of arrow C. An inlet buffer unit 78 and an outlet buffer unit 80 are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the second oxidizing gas channel 76.

第３金属セパレータ３０の面３０ｂには、冷却媒体流路５４の一部が形成される。面３０ｂには、第２酸化剤ガス流路７６を構成する複数の波状流路溝部７６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部５４ｂが形成される。 A part of the coolant flow path 54 is formed on the surface 30 b of the third metal separator 30. On the surface 30 b, a plurality of wavy flow channel grooves 54 b that are the back surface shape of the plurality of wavy flow channel grooves 76 a constituting the second oxidant gas flow channel 76 are formed.

第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材８４が一体成形される。第２金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２金属セパレータ２８の外周端縁部を周回して第２シール部材８６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第３金属セパレータ３０の外周端縁部を周回して第３シール部材８８が一体成形される。 A first seal member 84 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the first metal separator 24 around the outer peripheral edge of the first metal separator 24. On the surfaces 28a and 28b of the second metal separator 28, a second seal member 86 is integrally formed around the outer peripheral edge of the second metal separator 28, and the surfaces 30a and 30b of the third metal separator 30 are integrally formed. The third seal member 88 is integrally formed around the outer peripheral edge of the third metal separator 30.

第１金属セパレータ２４は、燃料ガス入口連通孔４２ａと第１燃料ガス流路４６とを連通する複数の外側供給孔部９０ａ及び内側供給孔部９０ｂと、燃料ガス出口連通孔４２ｂと前記第１燃料ガス流路４６とを連通する複数の外側排出孔部９２ａ及び内側排出孔部９２ｂとを有する。 The first metal separator 24 includes a plurality of outer supply holes 90a and inner supply holes 90b that communicate the fuel gas inlet communication hole 42a and the first fuel gas flow path 46, the fuel gas outlet communication hole 42b, and the first gas separator. A plurality of outer discharge hole portions 92 a and inner discharge hole portions 92 b communicating with the fuel gas flow path 46 are provided.

第２金属セパレータ２８は、燃料ガス入口連通孔４２ａと第２燃料ガス流路６８とを連通する複数の供給孔部９４と、燃料ガス出口連通孔４２ｂと前記第２燃料ガス流路６８とを連通する複数の排出孔部９６とを有する。 The second metal separator 28 includes a plurality of supply holes 94 that communicate the fuel gas inlet communication hole 42 a and the second fuel gas flow path 68, the fuel gas outlet communication hole 42 b, and the second fuel gas flow path 68. And a plurality of discharge holes 96 communicating with each other.

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ２４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ３０との間には、冷却媒体流路５４が形成される。冷却媒体流路５４では、複数の波状流路溝部５４ａと波状流路溝部５４ｂとが異なる位相に設定される。 When the power generation units 12 are stacked on each other, a cooling medium flow path is provided between the first metal separator 24 configuring one power generation unit 12 and the third metal separator 30 configuring the other power generation unit 12. 54 is formed. In the cooling medium flow channel 54, the plurality of wavy flow channel grooves 54a and the wavy flow channel grooves 54b are set to different phases.

図４に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ｂには、前記第１金属セパレータ２４の外周縁部、例えば、酸化剤ガス入口連通孔４０ａの外方に位置してシール部材８４ａに周回される周回部位１００が設けられる。シール部材８４ａは、第１シール部材８４とシール材の一部を共用して一体に形成されているが、この第１シール部材８４とは個別に形成してもよい。 As shown in FIG. 4, on the surface 24b of the first metal separator 24, the outer peripheral edge of the first metal separator 24, for example, the outer periphery of the oxidant gas inlet communication hole 40a, wraps around the seal member 84a. A surrounding part 100 is provided. The seal member 84a is formed integrally with the first seal member 84 and a part of the seal material, but may be formed separately from the first seal member 84.

周回部位１００には、第１金属セパレータ２４の識別マーク１０２ａが配置されている。図５に示すように、識別マーク１０２ａは、例えば、ロットナンバー、製造日、セパレータ種別及び製造条件（付加情報）等を記載する。周回部位１００には、発電ユニット１２の積層方向に貫通する孔部（開口部）１０４が形成される。 An identification mark 102 a of the first metal separator 24 is disposed in the circumferential portion 100. As shown in FIG. 5, the identification mark 102 a describes, for example, a lot number, a manufacturing date, a separator type, manufacturing conditions (additional information), and the like. A hole (opening) 104 that penetrates in the laminating direction of the power generation unit 12 is formed in the circumferential portion 100.

図２に示すように、第２金属セパレータ２８の面２８ｂ及び第３金属セパレータ３０の面３０ｂには、それぞれの外周縁部に位置してシール部材８６ａ、８８ａに周回される周回部位１００が設けられる。各周回部位１００には、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０の識別マーク１０２ｂ、１０２ｃと孔部１０４とが設けられる。 As shown in FIG. 2, the surface 28b of the 2nd metal separator 28 and the surface 30b of the 3rd metal separator 30 are provided with the circumference | surroundings site | part 100 which is located in each outer periphery part and is circulated by the sealing members 86a and 88a. It is done. Identification marks 102b and 102c and holes 104 of the second metal separator 28 and the third metal separator 30 are provided in each circulation portion 100.

図１に示すように、エンドプレート１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａに連通する酸化剤ガス入口マニホールド１０６ａ、燃料ガス入口連通孔４２ａに連通する燃料ガス入口マニホールド１０８ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに連通する酸化剤ガス出口マニホールド１０６ｂ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂに連通する燃料ガス出口マニホールド１０８ｂが設けられる。 As shown in FIG. 1, the end plate 18a has an oxidant gas inlet manifold 106a communicating with the oxidant gas inlet communication hole 40a, a fuel gas inlet manifold 108a communicating with the fuel gas inlet communication hole 42a, and an oxidant gas outlet communication. An oxidant gas outlet manifold 106b that communicates with the hole 40b and a fuel gas outlet manifold 108b that communicates with the fuel gas outlet communication hole 42b are provided.

エンドプレート１８ｂには、図示しないが、各冷却媒体入口連通孔４４ａ、４４ａに一体に連通する冷却媒体入口マニホールドと、各冷却媒体出口連通孔４４ｂ、４４ｂに一体に連通する冷却媒体出口マニホールドとが設けられる。 Although not shown, the end plate 18b includes a cooling medium inlet manifold that communicates integrally with each of the cooling medium inlet communication holes 44a and 44a, and a cooling medium outlet manifold that communicates integrally with each of the cooling medium outlet communication holes 44b and 44b. Provided.

図３に示すように、少なくとも一方の絶縁プレート１６ａ及びエンドプレート１８ａには、孔部１０４に連通して外気に開放される孔部１１０及び１１２が形成される。エンドプレート１８ａには、孔部１１２を閉塞可能な栓部材１１４がねじ１１６を介して配設される。 As shown in FIG. 3, at least one of the insulating plate 16a and the end plate 18a is formed with holes 110 and 112 that communicate with the hole 104 and are open to the outside air. A plug member 114 capable of closing the hole 112 is disposed on the end plate 18 a via a screw 116.

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

先ず、図１に示すように、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス入口マニホールド１０６ａから酸化剤ガス入口連通孔４０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口マニホールド１０８ａから燃料ガス入口連通孔４２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、エンドプレート１８ｂの冷却媒体入口マニホールドから冷却媒体入口連通孔４４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas inlet manifold 106a of the end plate 18a to the oxidant gas inlet communication hole 40a, and the fuel gas is supplied from the fuel gas inlet manifold 108a. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the inlet communication hole 42a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied from the cooling medium inlet manifold of the end plate 18b to the cooling medium inlet communication hole 44a.

このため、図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４０ａから第２金属セパレータ２８の第１酸化剤ガス流路６０及び第３金属セパレータ３０の第２酸化剤ガス流路７６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路６０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのカソード側電極３６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路７６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのカソード側電極３６に供給される。 For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas flows from the oxidant gas inlet communication hole 40a to the first oxidant gas flow path 60 of the second metal separator 28 and the second oxidant gas flow of the third metal separator 30. It is introduced into the road 76. The oxidant gas moves in the direction of arrow C (the direction of gravity) along the first oxidant gas flow path 60 and is supplied to the cathode side electrode 36 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. It moves in the direction of arrow C along the oxidant gas flow path 76 and is supplied to the cathode side electrode 36 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４２ａから外側供給孔部９０ａを通って第１金属セパレータ２４の面２４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部９０ｂから面２４ａ側に導入された後、第１燃料ガス流路４６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード側電極３４に供給される。 On the other hand, the fuel gas moves from the fuel gas inlet communication hole 42a to the surface 24b side of the first metal separator 24 through the outer supply hole 90a. Furthermore, after the fuel gas is introduced from the inner supply hole 90b to the surface 24a side, the fuel gas moves along the first fuel gas flow path 46 in the direction of gravity (arrow C direction), and the first electrolyte membrane / electrode structure 26a is supplied to the anode side electrode 34a.

また、燃料ガスは、供給孔部９４を通って第２金属セパレータ２８の面２８ｂ側に移動する。このため、燃料ガスは、面２８ｂ側で第２燃料ガス流路６８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード側電極３４に供給される。 Further, the fuel gas moves to the surface 28 b side of the second metal separator 28 through the supply hole 94. Therefore, the fuel gas moves in the direction of arrow C along the second fuel gas flow path 68 on the surface 28b side, and is supplied to the anode side electrode 34 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂでは、カソード側電極３６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in the first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 36 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 34 are electrically generated in the electrode catalyst layer. It is consumed by chemical reaction to generate electricity.

次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂの各カソード側電極３６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode side electrodes 36 of the first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 40b. The

第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード側電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、内側排出孔部９２ｂを通って第１金属セパレータ２４の面２４ｂ側に導出される。面２４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部９２ａを通って、再度、面２４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔４２ｂに排出される。 The fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 34 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a is led to the surface 24b side of the first metal separator 24 through the inner discharge hole portion 92b. The fuel gas led out to the surface 24b side passes through the outer discharge hole portion 92a, moves again to the surface 24a side, and is discharged to the fuel gas outlet communication hole 42b.

また、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード側電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部９６を通って面２８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｂに排出される。 Further, the fuel gas supplied and consumed to the anode side electrode 34 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26 b moves to the surface 28 a side through the discharge hole portion 96. This fuel gas is discharged to the fuel gas outlet communication hole 42b.

一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔４４ａに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ２４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ３０との間に形成された冷却媒体流路５４に導入される。 On the other hand, the cooling medium supplied to the pair of left and right cooling medium inlet communication holes 44 a is between the first metal separator 24 constituting one power generation unit 12 and the third metal separator 30 constituting the other power generation unit 12. Is introduced into the cooling medium flow path 54 formed in the above.

このため、各冷却媒体入口連通孔４４ａ、４４ａから冷却媒体流路５４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に且つ互いに近接する方向に供給される。そして、互いに近接する冷却媒体は、冷却媒体流路５４の矢印Ｂ方向中央部側で衝突し、矢印Ｃ方向下方に移動した後、発電ユニット１２の下部側両側部に振り分けて設けられている各冷却媒体出口連通孔４４ｂ、４４ｂに排出される。 For this reason, the cooling medium supplied from the cooling medium inlet communication holes 44a and 44a to the cooling medium flow path 54 is supplied in the direction of arrow B and in the directions close to each other. And the cooling medium which adjoins mutually collides by the arrow B direction center part side of the cooling medium flow path 54, and moves to the arrow C direction lower side, Then, it distributes and is provided in the lower side both sides of the electric power generation unit 12. The cooling medium outlet communication holes 44b and 44b are discharged.

この場合、第１の実施形態では、第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０の外周縁部には、酸化剤ガス入口連通孔４０ａの外方に位置してシール部材８４ａ、８６ａ及び８８ａに周回される周回部位１００が設けられている。そして、各周回部位１００には、第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０の各識別マーク１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃが配置されている。 In this case, in the first embodiment, the outer peripheral edge portions of the first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 are located outside the oxidant gas inlet communication hole 40 a and are sealed members. A circling portion 100 is provided that circulates around 84a, 86a, and 88a. In each of the surrounding portions 100, the identification marks 102a, 102b, and 102c of the first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 are arranged.

このため、識別マーク１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃが設けられた周回部位１００は、被水や塵埃等の進入を確実に阻止することができる。従って、金属表面が露呈する識別マーク１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃは、腐食や汚れの発生を有効に抑制することが可能になる。 For this reason, the circumference part 100 provided with the identification marks 102a, 102b, and 102c can reliably prevent entry of water or dust. Therefore, the identification marks 102a, 102b, and 102c on which the metal surface is exposed can effectively suppress the occurrence of corrosion and dirt.

これにより、簡単な構成で、識別マーク１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃの視認性を良好に確保するとともに、地絡の発生を可及的に阻止することができるという効果が得られる。 Thereby, it is possible to obtain an effect that the visibility of the identification marks 102a, 102b, and 102c can be secured satisfactorily and the occurrence of a ground fault can be prevented as much as possible with a simple configuration.

さらに、各周回部位１００には、発電ユニット１２の積層方向に貫通する孔部１０４が形成されている。このため、燃料電池１０の組み立て時、積層された複数の発電ユニット１２を圧縮する際に、閉塞されたシール部材８４ａ、８６ａ及び８８ａの圧力が上昇した状態で保持されることがない。従って、シール部材８４ａ、８６ａ及び８８ａは、過度な荷重が加わってシール構造の破損や変形が惹起することを良好に抑制することが可能になる。 Furthermore, a hole 104 that penetrates in the laminating direction of the power generation unit 12 is formed in each of the surrounding portions 100. For this reason, when the fuel cell 10 is assembled, when the plurality of stacked power generation units 12 are compressed, the sealed seal members 84a, 86a, and 88a are not held in an elevated state. Therefore, the seal members 84a, 86a and 88a can satisfactorily suppress the occurrence of damage or deformation of the seal structure due to an excessive load.

しかも、第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０間では、圧縮後の内圧が均一化されている。これにより、第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０の変形も、確実に抑制されるという利点がある。 Moreover, the internal pressure after compression is made uniform among the first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30. Thereby, there exists an advantage that the deformation | transformation of the 1st metal separator 24, the 2nd metal separator 28, and the 3rd metal separator 30 is also suppressed reliably.

さらにまた、エンドプレート１８ａには、孔部１０４に連通して外気に開放される孔部１１２が形成されるとともに、前記エンドプレート１８ａには、前記孔部１１２を閉塞可能な栓部材１１４が、ねじ１１６を介して配設されている。すなわち、燃料電池１０の組み立て時、栓部材１１４が孔部１１２から離間されることにより、積層された複数の発電ユニット１２を圧縮する際に、シール部材８４ａ、８６ａ及び８８ａの圧力が上昇した状態で保持されることがない。 Furthermore, the end plate 18a is formed with a hole portion 112 that communicates with the hole portion 104 and is opened to the outside air, and the end plate 18a has a plug member 114 that can close the hole portion 112. It is disposed via a screw 116. That is, when the fuel cell 10 is assembled, when the plug member 114 is separated from the hole 112, the pressure of the seal members 84a, 86a, and 88a is increased when the plurality of stacked power generation units 12 are compressed. Is not held in.

一方、圧縮後には、栓部材１１４により孔部１１２が閉塞される。このため、識別マーク１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃが設けられた周回部位１００は、被水や塵埃等の進入から確実に保護することができる。しかも、進入した水の凍結による破損も防止することが可能になる。 On the other hand, after compression, the hole 112 is closed by the plug member 114. For this reason, the circumference part 100 provided with the identification marks 102a, 102b, and 102c can be reliably protected from entry of water or dust. Moreover, it is possible to prevent damage due to freezing of the water that has entered.

なお、第１の実施形態では、第１金属セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体２６ａ、第２金属セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂ及び第３金属セパレータ３０を備える発電ユニット１２を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１枚の電解質膜・電極構造体を一対の金属セパレータで挟持する発電ユニットを用いるとともに、隣り合う前記発電ユニット間に冷却媒体流路が形成されてもよい。 In the first embodiment, the power generation unit includes the first metal separator 24, the first electrolyte membrane / electrode structure 26a, the second metal separator 28, the second electrolyte membrane / electrode structure 26b, and the third metal separator 30. However, the present invention is not limited to this. For example, a power generation unit in which one electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between a pair of metal separators may be used, and a cooling medium flow path may be formed between the adjacent power generation units.

また、第１の実施形態では、発電ユニット１２の上端縁部に、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び燃料ガス入口連通孔４２ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の下端縁部に、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂが設けられているが、これとは逆に、前記上端縁部に前記酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ及び前記燃料ガス出口連通孔４２ｂを設け、前記下端縁部に前記酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び前記燃料ガス入口連通孔４２ａを設けてもよい。 In the first embodiment, the oxidant gas inlet communication hole 40a and the fuel gas inlet communication hole 42a are provided at the upper edge of the power generation unit 12, and the oxidant gas is provided at the lower edge of the power generation unit 12. The outlet communication hole 40b and the fuel gas outlet communication hole 42b are provided. Conversely, the oxidant gas outlet communication hole 40b and the fuel gas outlet communication hole 42b are provided at the upper edge, and the lower end is provided. The oxidant gas inlet communication hole 40a and the fuel gas inlet communication hole 42a may be provided at the edge.

さらに、発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部上方に一対の冷却媒体入口連通孔４４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方に一対の冷却媒体出口連通孔４４ｂが設けられているが、これとは逆に、前記両端縁部上方に一対の前記冷却媒体出口連通孔４４ｂを設け、前記両端縁部下方に一対の前記冷却媒体入口連通孔４４ａを設けてもよい。以下に説明する第２の実施形態においても、同様である。 Further, a pair of cooling medium inlet communication holes 44a are provided above both edge portions in the short side direction of the power generation unit 12, and a pair of cooling medium outlet communication holes 44b are provided below both edge portions in the short side direction of the power generation unit 12. However, conversely, a pair of the cooling medium outlet communication holes 44b may be provided above the both edge portions, and a pair of the cooling medium inlet communication holes 44a may be provided below the both edge portions. Good. The same applies to the second embodiment described below.

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１２０の一部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a partial cross-sectional explanatory view of a fuel cell 120 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池１２０を構成する少なくともエンドプレート１８ａには、孔部１１２に対応して栓部材１２２が、ねじ１１６を介して取り付けられる。栓部材１２２には、空気を通過させる一方、水の進入を阻止するための通気防水膜１２４が配設される。通気防水膜１２４は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の多孔質膜が採用される。 A plug member 122 corresponding to the hole 112 is attached to at least the end plate 18 a constituting the fuel cell 120 via a screw 116. The plug member 122 is provided with a ventilation waterproof film 124 for allowing air to pass therethrough and preventing water from entering. For example, a porous film made of polytetrafluoroethylene (PTFE) is used as the ventilation waterproof film 124.

このように構成される第２の実施形態では、エンドプレート１８ａに孔部１１２に対応して通気防水膜１２４が配設されている。このため、燃料電池１２０の発電等による温度変化が発生した際に、周回部位１００の内部の空気圧力が変動することを抑制することができる。 In the second embodiment configured as described above, the ventilation waterproof film 124 is disposed in the end plate 18a corresponding to the hole 112. For this reason, when the temperature change by the electric power generation etc. of the fuel cell 120 generate | occur | produces, it can suppress that the air pressure inside the circulation part 100 fluctuates.

さらに、周回部位１００への水の進入も阻止することが可能になり、シール構造の損傷や変形を良好に抑制しながら、内部への水、塵埃等の進入を阻止することができる。これにより、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。 Furthermore, it is possible to prevent water from entering the circulating portion 100, and it is possible to prevent water, dust, and the like from entering the inside while favorably suppressing damage and deformation of the seal structure. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

１０、１２０…燃料電池１２…発電ユニット
１４ａ、１４ｂ…ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ…絶縁プレート
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート２４、２８、３０…金属セパレータ
２６ａ、２６ｂ…電解質膜・電極構造体
３２…固体高分子電解質膜３４…アノード側電極
３６…カソード側電極４６、６８…燃料ガス流路
５４…冷却媒体流路６０、７６…酸化剤ガス流路
８４、８４ａ、８６、８６ａ、８８、８８ａ…シール部材
１００…周回部位１０２ａ〜１０２ｃ…識別マーク
１０４、１１０、１１２…孔部１１４、１２２…栓部材
１２４…通気防水膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 120 ... Fuel cell 12 ... Electric power generation unit 14a, 14b ... Terminal plate 16a, 16b ... Insulation plate 18a, 18b ... End plate 24, 28, 30 ... Metal separator 26a, 26b ... Electrolyte membrane electrode structure 32 ... Solid high Molecular electrolyte membrane 34... Anode side electrode 36... Cathode side electrode 46, 68. Fuel gas channel 54. Cooling medium channel 60, 76 Oxidant gas channel 84, 84 a, 86, 86 a, 88, 88 a. DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Circulation site | part 102a-102c ... Identification mark 104,110,112 ... Hole 114,122 ... Plug member
124 ... Breathable waterproof membrane

Claims

電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池であって、
前記セパレータの外周縁部には、シール部材により周回される周回部位が設けられるとともに、
前記周回部位には、前記セパレータの識別マークが配置されることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are laminated,
The outer peripheral edge of the separator is provided with a circulating portion that is circulated by a seal member,
The fuel cell according to claim 1, wherein an identification mark of the separator is disposed at the circumference portion.

請求項１記載の燃料電池において、前記周回部位には、前記セパレータを積層方向に貫通する開口部が形成されることを特徴とする燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein an opening that penetrates the separator in a stacking direction is formed in the circumferential portion.

請求項２記載の燃料電池において、前記積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるエンドプレートには、前記開口部に連通して外気に開放される孔部が形成されるとともに、
前記孔部は、栓部材により閉塞可能に構成されることを特徴とする燃料電池。 3. The fuel cell according to claim 2, wherein the end plate disposed at at least one end portion in the stacking direction is formed with a hole portion that communicates with the opening portion and is opened to the outside air.
The said hole part is comprised so that obstruction | occlusion with a plug member is possible, The fuel cell characterized by the above-mentioned.

請求項２記載の燃料電池において、前記積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるエンドプレートには、前記開口部に連通して外気に開放される孔部が形成されるとともに、
前記孔部には、通気防水膜が配設されることを特徴とする燃料電池。 3. The fuel cell according to claim 2, wherein the end plate disposed at at least one end portion in the stacking direction is formed with a hole portion that communicates with the opening portion and is opened to the outside air.
A fuel cell, wherein a vent waterproof membrane is disposed in the hole.