JPH06338332A - 固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータInfo
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- JPH06338332A JPH06338332A JP5126753A JP12675393A JPH06338332A JP H06338332 A JPH06338332 A JP H06338332A JP 5126753 A JP5126753 A JP 5126753A JP 12675393 A JP12675393 A JP 12675393A JP H06338332 A JPH06338332 A JP H06338332A
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- fuel cell
- porous
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価に製造できる固体高分子電解質燃料電池
用のガスセパレータを提供する。 【構成】 燃料電池の固体高分子電解質膜へ燃料ガス又
は酸化剤ガスを供給するためのガス用のセパレータにお
いて、一側面に複数のガス流路溝２１を有し且つ多孔質
材からなる多孔質溝付セパレータ２０と、該多孔質溝付
セパレータ２０を嵌合すると共に上記ガス流路溝２１と
連通しガスを供給又は排出する流路を有するセパレータ
支持板３０と、該セパレータ支持板３０に嵌合した多孔
質溝付セパレータ２０のガス流路溝２１側を覆うと共に
当該ガス流路溝を露出する開口部４１を有するセパレー
タ被覆板４０と、複数の冷却水流路溝５１を有し且つ上
記多孔質溝付セパレータ２０を嵌合したセパレータ支持
板３０と接合して冷却する冷却セパレータ基板５０と
を、一体化してなる。
用のガスセパレータを提供する。 【構成】 燃料電池の固体高分子電解質膜へ燃料ガス又
は酸化剤ガスを供給するためのガス用のセパレータにお
いて、一側面に複数のガス流路溝２１を有し且つ多孔質
材からなる多孔質溝付セパレータ２０と、該多孔質溝付
セパレータ２０を嵌合すると共に上記ガス流路溝２１と
連通しガスを供給又は排出する流路を有するセパレータ
支持板３０と、該セパレータ支持板３０に嵌合した多孔
質溝付セパレータ２０のガス流路溝２１側を覆うと共に
当該ガス流路溝を露出する開口部４１を有するセパレー
タ被覆板４０と、複数の冷却水流路溝５１を有し且つ上
記多孔質溝付セパレータ２０を嵌合したセパレータ支持
板３０と接合して冷却する冷却セパレータ基板５０と
を、一体化してなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質燃料
電池用ガスセパレータに関する。
電池用ガスセパレータに関する。
【０００２】
（１）固体高分子電解質燃料電池の発電原理 図９に固体高分子電解質燃料電池の一例を示す。電解質
０１としてフッ素樹脂系の高分子イオン交換膜（例えば
スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用
い、これを中央にして両面に触媒電極（例えば白金）０
２，０３を付着させ、さらにその両面を多孔質カーボン
電極０４，０５でサンドウィッチ状にはさみ重ねて電極
接合体０６を構成している。ここで、アノード極側に供
給された燃料中の水素（Ｈ2 ）は、触媒電極（アノード
極）０２上で水素イオン化され、水素イオンは電解質０
１中を水の介在のもと、Ｈ+ ・ｘＨ2 Ｏとしてカソード
極側へ移動する。触媒電極（カソード極）０３上で酸化
剤中の酸素（Ｏ2 ）及び外部回路０７を流通してきた電
子（ｅ- ）と反応し水を生成し、燃料電池外へ排出され
る。この時、外部回路０７を流通した電子（ｅ- ）の流
れが直流の電気エネルギーとして利用できる。この反応
を下記「化１」に示す。
０１としてフッ素樹脂系の高分子イオン交換膜（例えば
スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用
い、これを中央にして両面に触媒電極（例えば白金）０
２，０３を付着させ、さらにその両面を多孔質カーボン
電極０４，０５でサンドウィッチ状にはさみ重ねて電極
接合体０６を構成している。ここで、アノード極側に供
給された燃料中の水素（Ｈ2 ）は、触媒電極（アノード
極）０２上で水素イオン化され、水素イオンは電解質０
１中を水の介在のもと、Ｈ+ ・ｘＨ2 Ｏとしてカソード
極側へ移動する。触媒電極（カソード極）０３上で酸化
剤中の酸素（Ｏ2 ）及び外部回路０７を流通してきた電
子（ｅ- ）と反応し水を生成し、燃料電池外へ排出され
る。この時、外部回路０７を流通した電子（ｅ- ）の流
れが直流の電気エネルギーとして利用できる。この反応
を下記「化１」に示す。
【０００３】
【化１】
【０００４】ところで、電解質０１となる高分子イオン
交換膜において、前述のような水素イオン透過性を実現
させるためには、この膜を常に充分なる保水状態に保持
しておく必要があり、通常、燃料、又は酸化剤に電池の
運転温度（常温〜１００℃程度）近傍の飽和水蒸気を含
ませて、すなわち加湿して燃料及び酸化剤を電極接合体
０６に供給し、膜の保水状態を保つようにしている。
交換膜において、前述のような水素イオン透過性を実現
させるためには、この膜を常に充分なる保水状態に保持
しておく必要があり、通常、燃料、又は酸化剤に電池の
運転温度（常温〜１００℃程度）近傍の飽和水蒸気を含
ませて、すなわち加湿して燃料及び酸化剤を電極接合体
０６に供給し、膜の保水状態を保つようにしている。
【０００５】（２）従来の固体高分子電解質燃料電池の
運転システム 図１０に従来の固体高分子電解質燃料電池の運転システ
ムの一例を示す。純水素燃料０１１及び酸化剤０１２
は、電気ヒータ０１３，０１４で所定の温度に温められ
た加湿装置０１５，０１６中の純水中０１７を通過させ
ることにより、その飽和水蒸気分圧相当の湿分を含むこ
とになる。この加湿された純水素燃料０１１、又は酸化
剤０１２を燃料電池本体０１８に送気する。燃料電池本
体０１８で使用されなかった純水素燃料０１１、又は酸
化剤０１２は、残存純水素燃料０１１の場合は残存加湿
水蒸気と共に、又残存酸化剤０１５の場合は残存加湿水
蒸気と電池反応生成水と共に燃料電池本体０１８外に排
出される。ここで、排出された残存純水素燃料は、燃料
利用率向上のためリサイクルポンプ０１９によりリサイ
クルされ再び燃料電池本体０１８に再導入されるような
運転システム構成をとっている。
運転システム 図１０に従来の固体高分子電解質燃料電池の運転システ
ムの一例を示す。純水素燃料０１１及び酸化剤０１２
は、電気ヒータ０１３，０１４で所定の温度に温められ
た加湿装置０１５，０１６中の純水中０１７を通過させ
ることにより、その飽和水蒸気分圧相当の湿分を含むこ
とになる。この加湿された純水素燃料０１１、又は酸化
剤０１２を燃料電池本体０１８に送気する。燃料電池本
体０１８で使用されなかった純水素燃料０１１、又は酸
化剤０１２は、残存純水素燃料０１１の場合は残存加湿
水蒸気と共に、又残存酸化剤０１５の場合は残存加湿水
蒸気と電池反応生成水と共に燃料電池本体０１８外に排
出される。ここで、排出された残存純水素燃料は、燃料
利用率向上のためリサイクルポンプ０１９によりリサイ
クルされ再び燃料電池本体０１８に再導入されるような
運転システム構成をとっている。
【０００６】（３）従来の固体高分子電解質燃料電池の
ガスセパレータの構成 図１１に、従来の内部マニホールド型、または内部ヘッ
ダ型固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータの外観
を示す。同図に示すように、ガスセパレータ０２０には
燃料電池に導入される流体０２１、すなわち燃料、又は
酸化剤、又は冷却水を流入する流体導入孔０２２が形成
されており、該流体０２１は当該流体導入孔０２２より
燃料電池本体内に導入され、入口側流体ヘッダ０２３を
通じて流体流路溝０２４に分配供給され、燃料電池の電
池反応や冷却に寄与する。その後、残存燃料、又は酸化
剤、あるいは発電時の発熱を吸収し温水となった冷却水
は、出口側流体ヘッダ０２５に集められ、流体排出孔０
２６を通じて燃料電池本体外に排出されるようになって
いる。
ガスセパレータの構成 図１１に、従来の内部マニホールド型、または内部ヘッ
ダ型固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータの外観
を示す。同図に示すように、ガスセパレータ０２０には
燃料電池に導入される流体０２１、すなわち燃料、又は
酸化剤、又は冷却水を流入する流体導入孔０２２が形成
されており、該流体０２１は当該流体導入孔０２２より
燃料電池本体内に導入され、入口側流体ヘッダ０２３を
通じて流体流路溝０２４に分配供給され、燃料電池の電
池反応や冷却に寄与する。その後、残存燃料、又は酸化
剤、あるいは発電時の発熱を吸収し温水となった冷却水
は、出口側流体ヘッダ０２５に集められ、流体排出孔０
２６を通じて燃料電池本体外に排出されるようになって
いる。
【０００７】（４）従来の固体高分子電解質燃料電池の
構成 図１２に、従来の内部マニホールド型、または内部ヘッ
ダ型の固体高分子電解質燃料電池の構成例を示す。燃料
電池に導入される純水素燃料、又は酸化剤は、図１０に
示されるような外部に備えられた加湿装置０１５，０１
６により一旦加湿され、加湿された純水素燃料、又は酸
化剤として燃料電池に供給される。燃料電池本体は、図
１１に示したような内部マニホールド型、または内部ヘ
ッダ型ガスセパレータに電極接合体を挟み、その背後に
冷却水を導くための冷却水セパレータを配した構成とな
っている。加湿された純水素燃料（Ｈ2 ）０２１Ａ、又
は加湿された酸化剤（Ｏ2 ）０２１Ｂは、各々純水素燃
料ガスセパレータ０２０Ａ、または酸化剤ガスセパレー
タ０２０Ｂに設けられた純水素燃料流路溝０２４Ａ、酸
化剤流路溝０２４Ｂを通じて各々電極接合体０３１の表
面に設けられたアノード極０３２、カソード極０３３に
各々分配、供給され電池反応に寄与する。電池発熱は、
純水素燃料ガスセパレータ０２０Ａの背後に配された冷
却水セパレータ０３４の冷却水導入孔０３５から導入さ
れ冷却水流路溝０３６を流れる冷却水０３７に吸収され
燃料電池本体の冷却に寄与するようになっている。その
後、残存燃料、又は酸化剤、あるいは発電時の電池発熱
を吸収し温水となった冷却水（Ｈ2 Ｏ）０３７は、各
々、各排出孔０２６Ａ，０２６Ｂ，０３８を通じて燃料
電池本体外に排出されるようになっている。
構成 図１２に、従来の内部マニホールド型、または内部ヘッ
ダ型の固体高分子電解質燃料電池の構成例を示す。燃料
電池に導入される純水素燃料、又は酸化剤は、図１０に
示されるような外部に備えられた加湿装置０１５，０１
６により一旦加湿され、加湿された純水素燃料、又は酸
化剤として燃料電池に供給される。燃料電池本体は、図
１１に示したような内部マニホールド型、または内部ヘ
ッダ型ガスセパレータに電極接合体を挟み、その背後に
冷却水を導くための冷却水セパレータを配した構成とな
っている。加湿された純水素燃料（Ｈ2 ）０２１Ａ、又
は加湿された酸化剤（Ｏ2 ）０２１Ｂは、各々純水素燃
料ガスセパレータ０２０Ａ、または酸化剤ガスセパレー
タ０２０Ｂに設けられた純水素燃料流路溝０２４Ａ、酸
化剤流路溝０２４Ｂを通じて各々電極接合体０３１の表
面に設けられたアノード極０３２、カソード極０３３に
各々分配、供給され電池反応に寄与する。電池発熱は、
純水素燃料ガスセパレータ０２０Ａの背後に配された冷
却水セパレータ０３４の冷却水導入孔０３５から導入さ
れ冷却水流路溝０３６を流れる冷却水０３７に吸収され
燃料電池本体の冷却に寄与するようになっている。その
後、残存燃料、又は酸化剤、あるいは発電時の電池発熱
を吸収し温水となった冷却水（Ｈ2 Ｏ）０３７は、各
々、各排出孔０２６Ａ，０２６Ｂ，０３８を通じて燃料
電池本体外に排出されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示すような固
体高分子電解質燃料電池の運転システムでは、燃料電池
本体外に加湿装置となる純水の貯溜装置を設けるためシ
ステム全体が大きくなり、しかもその容器及び貯溜純水
の温度維持のために電気ヒータが必要となる。また、燃
料電池本体より排出される温水となった冷却水の保有す
る熱を利用していないシステム構成であり、エネルギー
的に無駄の多いシステムであった。
体高分子電解質燃料電池の運転システムでは、燃料電池
本体外に加湿装置となる純水の貯溜装置を設けるためシ
ステム全体が大きくなり、しかもその容器及び貯溜純水
の温度維持のために電気ヒータが必要となる。また、燃
料電池本体より排出される温水となった冷却水の保有す
る熱を利用していないシステム構成であり、エネルギー
的に無駄の多いシステムであった。
【０００９】すなわち、セパレータ全体を一つの材質と
するため、金属板、カーボン板のような高価な材料を用
いると燃料電池本体の製造費の向上につながる。また、
各板に各ヘッダーや、流路溝を切削加工やエッチング加
工して仕上げざるをえないため、加工工程が非常に複雑
となって加工費用がかかり燃料電池本体の製造費の向上
につながる。さらに、燃料となる水素ガスを供給するガ
スセパレータをカーボン板で製作するに至っては、ガス
不透過性が要求されることから緻密なカーボン板が要求
されるが、そのようなガス不透過性を有する緻密なカー
ボン板は、切削加工により溝を形成させることが非常に
困難である。
するため、金属板、カーボン板のような高価な材料を用
いると燃料電池本体の製造費の向上につながる。また、
各板に各ヘッダーや、流路溝を切削加工やエッチング加
工して仕上げざるをえないため、加工工程が非常に複雑
となって加工費用がかかり燃料電池本体の製造費の向上
につながる。さらに、燃料となる水素ガスを供給するガ
スセパレータをカーボン板で製作するに至っては、ガス
不透過性が要求されることから緻密なカーボン板が要求
されるが、そのようなガス不透過性を有する緻密なカー
ボン板は、切削加工により溝を形成させることが非常に
困難である。
【００１０】また、固体高分子電解質燃料電池のような
電極接合体が軟質性の場合、各マニホールド、またはヘ
ッダーに相当する大きな凹部分は、燃料供給用セパレー
タと酸化剤供給用セパレータによる両面からの挟み込み
状態とならないため、電極接合体がマニホールド、また
はヘッダの凹部内部にたわんだり、変形したりする。
電極接合体が軟質性の場合、各マニホールド、またはヘ
ッダーに相当する大きな凹部分は、燃料供給用セパレー
タと酸化剤供給用セパレータによる両面からの挟み込み
状態とならないため、電極接合体がマニホールド、また
はヘッダの凹部内部にたわんだり、変形したりする。
【００１１】前記たわみ込みを防止するため、各マニホ
ールド、またはヘッダーに相当する凹部に多孔質物質を
充填、あるいは挿入し、軟質性の電極接合体を燃料供給
用セパレータと酸化剤供給用セパレータにより両面から
挟み込んだ状態にしようとすると、製作工程、材料が増
え、廉価に製造出来ないという問題がある。
ールド、またはヘッダーに相当する凹部に多孔質物質を
充填、あるいは挿入し、軟質性の電極接合体を燃料供給
用セパレータと酸化剤供給用セパレータにより両面から
挟み込んだ状態にしようとすると、製作工程、材料が増
え、廉価に製造出来ないという問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明に係るセパレータは、燃料電池の固体高分子電解質膜
へ燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するためのガス用のセ
パレータにおいて、一側面に複数のガス流路溝を有し且
つ多孔質材からなる多孔質溝付セパレータと、該多孔質
溝付セパレータを嵌合すると共に上記ガス流路溝と連通
しガスを供給又は排出する流路を有するセパレータ支持
板と、該セパレータ支持板に嵌合した多孔質溝付セパレ
ータのガス流路溝側を覆うと共に当該ガス流路溝を露出
する開口部を有するセパレータ被覆板と、複数の冷却水
流路溝を有し且つ上記多孔質溝付セパレータを嵌合した
セパレータ支持板と接合して冷却する冷却セパレータ基
板とを、一体化してなることを特徴とする。
明に係るセパレータは、燃料電池の固体高分子電解質膜
へ燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するためのガス用のセ
パレータにおいて、一側面に複数のガス流路溝を有し且
つ多孔質材からなる多孔質溝付セパレータと、該多孔質
溝付セパレータを嵌合すると共に上記ガス流路溝と連通
しガスを供給又は排出する流路を有するセパレータ支持
板と、該セパレータ支持板に嵌合した多孔質溝付セパレ
ータのガス流路溝側を覆うと共に当該ガス流路溝を露出
する開口部を有するセパレータ被覆板と、複数の冷却水
流路溝を有し且つ上記多孔質溝付セパレータを嵌合した
セパレータ支持板と接合して冷却する冷却セパレータ基
板とを、一体化してなることを特徴とする。
【００１３】上記固体高分子電解質燃料電池用ガスセパ
レータにおいて、上記セパレータ支持板と上記セパレー
タ被覆板とが一体化してなる一体セパレータ被覆板を用
いてなることを特徴とする。
レータにおいて、上記セパレータ支持板と上記セパレー
タ被覆板とが一体化してなる一体セパレータ被覆板を用
いてなることを特徴とする。
【００１４】また上記ガスセパレータにおいて、上記多
孔質溝付セパレータと冷却セパレータ基板とが導電体か
らなると共に、セパレータ支持板が不導電体からなるこ
とを特徴とする。
孔質溝付セパレータと冷却セパレータ基板とが導電体か
らなると共に、セパレータ支持板が不導電体からなるこ
とを特徴とする。
【００１５】
【作用】前記構成のガスセパレータは、セパレータ被覆
板、一体セパレータ被覆板により各マニホールド、また
はヘッダーが覆われているため、軟質性の電極接合体が
凹部にたわみ込んだり変形したりすることなく、セパレ
ータ被覆板、一体セパレータ被覆板により両面からしっ
かりと挟み込み固定できる。また、セパレータ全体を高
価で、しかも導電性を有する金属板、カーボン板で製作
する必要がなく、少なくとも冷却水流路溝付きの冷却セ
パレータ基板、及び多孔質溝付セパレータを、導電性を
有する金属板、カーボン板等で製作するだけでよく、他
のセパレータ支持板は、軽量で安価なガス不透過性の不
導電体（例えば、各種高分子材料等）で構成できる。さ
らに、各マニホールド、またはヘッダや、流路溝を複雑
な切削加工やエッチング加工なしに形成できる。
板、一体セパレータ被覆板により各マニホールド、また
はヘッダーが覆われているため、軟質性の電極接合体が
凹部にたわみ込んだり変形したりすることなく、セパレ
ータ被覆板、一体セパレータ被覆板により両面からしっ
かりと挟み込み固定できる。また、セパレータ全体を高
価で、しかも導電性を有する金属板、カーボン板で製作
する必要がなく、少なくとも冷却水流路溝付きの冷却セ
パレータ基板、及び多孔質溝付セパレータを、導電性を
有する金属板、カーボン板等で製作するだけでよく、他
のセパレータ支持板は、軽量で安価なガス不透過性の不
導電体（例えば、各種高分子材料等）で構成できる。さ
らに、各マニホールド、またはヘッダや、流路溝を複雑
な切削加工やエッチング加工なしに形成できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１には実施例に係るガスセパレータの左方向からみた
分解斜視図、図２にはその右方向からみた分解斜視図で
ある。
図１には実施例に係るガスセパレータの左方向からみた
分解斜視図、図２にはその右方向からみた分解斜視図で
ある。
【００１７】これらの図面に示すように、本実施例に係
るガスセパレータ１０は、多孔質材からなる多孔質溝付
セパレータ２０、該多孔質溝付セパレータ２０を嵌合す
るセパレータ支持板３０、セパレータ被覆板４０及び冷
却セパレータ基板５０とから構成され、これらを接合一
体化してなるものである。
るガスセパレータ１０は、多孔質材からなる多孔質溝付
セパレータ２０、該多孔質溝付セパレータ２０を嵌合す
るセパレータ支持板３０、セパレータ被覆板４０及び冷
却セパレータ基板５０とから構成され、これらを接合一
体化してなるものである。
【００１８】ここで、上記多孔質溝付セパレータ２０は
その一側面側に幅方向（図中、上下方向）に延びる複数
のガス流路溝２１が一定ピッチで形成されており、そし
てその材質はカーボン等の多孔質材から形成されてい
る。
その一側面側に幅方向（図中、上下方向）に延びる複数
のガス流路溝２１が一定ピッチで形成されており、そし
てその材質はカーボン等の多孔質材から形成されてい
る。
【００１９】上記セパレータ支持板３０は、上記多孔質
溝付セパレータ２０を嵌合する嵌合口３１を有すると共
に、該嵌合した際にガス流路溝２１の上端と下端とで連
通するガス供給ヘッダ３２及びガス排出ヘッダ３３が形
成されている。
溝付セパレータ２０を嵌合する嵌合口３１を有すると共
に、該嵌合した際にガス流路溝２１の上端と下端とで連
通するガス供給ヘッダ３２及びガス排出ヘッダ３３が形
成されている。
【００２０】上記セパレータ被覆板４０は、上記セパレ
ータ支持板３０の嵌合口３１内に嵌合して上記多孔質溝
付セパレータ２０のガス流路側２１側を覆うと共に、当
該ガス流路溝２１が露出するガス流路溝用開口部４１が
形成されている。
ータ支持板３０の嵌合口３１内に嵌合して上記多孔質溝
付セパレータ２０のガス流路側２１側を覆うと共に、当
該ガス流路溝２１が露出するガス流路溝用開口部４１が
形成されている。
【００２１】上記冷却セパレータ基板５０には、その一
側面側に幅方向（図中、左右方向）に延びる複数の冷却
水流路溝５１が一定ピッチで形成されている。また、冷
却水流路溝５１の両端部には、当該流路溝５１と連通す
る冷却水供給ヘッダ５２及び冷却水排出ヘッダ５３が形
成されている。そしてこの冷却水供給ヘッダ５２及び排
出ヘッダ５３の一部には各々冷却水を供給及び排出する
冷却水供給孔５４，冷却水排出孔５５が厚さ方向に貫通
して設けられている。さらに、冷却セパレータ基板５０
の相対向する角部には厚さ方向に貫通するガス供給孔５
６，ガス排出孔５７が設けられており、セパレータ支持
板３０と冷却セパレータ基板５０とが接合した際には、
ガス供給孔５６はガス供給ヘッダ３２と、また一方のガ
ス排出孔５７はガス排出ヘッダ３３と各々連通するよう
配されている。
側面側に幅方向（図中、左右方向）に延びる複数の冷却
水流路溝５１が一定ピッチで形成されている。また、冷
却水流路溝５１の両端部には、当該流路溝５１と連通す
る冷却水供給ヘッダ５２及び冷却水排出ヘッダ５３が形
成されている。そしてこの冷却水供給ヘッダ５２及び排
出ヘッダ５３の一部には各々冷却水を供給及び排出する
冷却水供給孔５４，冷却水排出孔５５が厚さ方向に貫通
して設けられている。さらに、冷却セパレータ基板５０
の相対向する角部には厚さ方向に貫通するガス供給孔５
６，ガス排出孔５７が設けられており、セパレータ支持
板３０と冷却セパレータ基板５０とが接合した際には、
ガス供給孔５６はガス供給ヘッダ３２と、また一方のガ
ス排出孔５７はガス排出ヘッダ３３と各々連通するよう
配されている。
【００２２】また、図３，４に示すガスセパレータ１０
は、本発明の他の実施例を示すものであり、上記セパレ
ータ支持板３０とセパレータ被覆板４０とを一体化した
一体セパレータ被覆板６０を用いてガスセパレータ１０
を形成した一例を示している。当該一体セパレータ被覆
板６０には、同図に示すように、ガス流路溝２１を有す
る多孔質溝付セパレータ２０を嵌合する嵌合凹部６１を
形成すると共に、該多孔質溝付セパレータ２０を嵌合し
た際にガス流路溝２１と連通するガス供給ヘッダ６２及
び排出ヘッダ６３を形成している。また、一体セパレー
タ被覆板６０には多孔質溝付セパレータ２０を嵌合した
際に、ガス流路溝２１が露出するガス流路溝用開口部６
４が形成されている。
は、本発明の他の実施例を示すものであり、上記セパレ
ータ支持板３０とセパレータ被覆板４０とを一体化した
一体セパレータ被覆板６０を用いてガスセパレータ１０
を形成した一例を示している。当該一体セパレータ被覆
板６０には、同図に示すように、ガス流路溝２１を有す
る多孔質溝付セパレータ２０を嵌合する嵌合凹部６１を
形成すると共に、該多孔質溝付セパレータ２０を嵌合し
た際にガス流路溝２１と連通するガス供給ヘッダ６２及
び排出ヘッダ６３を形成している。また、一体セパレー
タ被覆板６０には多孔質溝付セパレータ２０を嵌合した
際に、ガス流路溝２１が露出するガス流路溝用開口部６
４が形成されている。
【００２３】尚、多孔質溝付セパレータ２０と冷却セパ
レータ基板５０とは前述した図１，図２に示すものと同
一部材であるので、その説明は省略する。
レータ基板５０とは前述した図１，図２に示すものと同
一部材であるので、その説明は省略する。
【００２４】上記構成からなる多孔質溝付セパレータ２
０，セパレータ支持板３０，セパレータ被覆板４０及び
冷却セパレータ基板５０を積層し一体化してなるガスセ
パレータ１０を一対とし、図５に示すように電極接合体
７０を挟み込んで燃料電池を構成している。尚、図中符
号７１はアノード極，７２はカソード極を各々図示して
いる。また、電極接合体７０の構成は図９に示したもの
と同様であるのでその説明は省略する。
０，セパレータ支持板３０，セパレータ被覆板４０及び
冷却セパレータ基板５０を積層し一体化してなるガスセ
パレータ１０を一対とし、図５に示すように電極接合体
７０を挟み込んで燃料電池を構成している。尚、図中符
号７１はアノード極，７２はカソード極を各々図示して
いる。また、電極接合体７０の構成は図９に示したもの
と同様であるのでその説明は省略する。
【００２５】また、図３，４に示す一体セパレータ被覆
板６０を用いたガスセパレータ１０も同様であるので、
以下、図１に示すガスセパレータ１０につき燃料電池の
作用を説明する。
板６０を用いたガスセパレータ１０も同様であるので、
以下、図１に示すガスセパレータ１０につき燃料電池の
作用を説明する。
【００２６】以下に、この燃料電池のガス（純水素燃料
又は酸化剤）及び冷却水の供給及び排出について図１，
２及び図５，６を用いて説明する。
又は酸化剤）及び冷却水の供給及び排出について図１，
２及び図５，６を用いて説明する。
【００２７】加湿された純水素燃料ガス（Ｈ2 ）７３、
または加湿された酸化剤ガス（Ｏ2）７４は、ガス供給
孔５６より電池本体内に導入され、セパレータ支持板３
０のガス供給ヘッダ３２を通じて多孔質溝付セパレータ
２０に設けられた各ガス流路溝２１に分配、供給され
る。このガス流路溝２１を通過する間に純水素燃料ガス
７３、または酸化剤ガス７４は電極接合体７０における
電池反応に応じ消費されることになる。消費され残った
純水素燃料ガス７３、または酸化剤ガス７４は、排出ヘ
ッダ３３に集められ、その後ガス排出孔５７を通じて電
池本体外に排出される。
または加湿された酸化剤ガス（Ｏ2）７４は、ガス供給
孔５６より電池本体内に導入され、セパレータ支持板３
０のガス供給ヘッダ３２を通じて多孔質溝付セパレータ
２０に設けられた各ガス流路溝２１に分配、供給され
る。このガス流路溝２１を通過する間に純水素燃料ガス
７３、または酸化剤ガス７４は電極接合体７０における
電池反応に応じ消費されることになる。消費され残った
純水素燃料ガス７３、または酸化剤ガス７４は、排出ヘ
ッダ３３に集められ、その後ガス排出孔５７を通じて電
池本体外に排出される。
【００２８】一方、電池冷却水７５は、冷却水流路溝５
１を有する冷却セパレータ基板５０に設けられた冷却水
供給孔５４より電池本体内に導入され、冷却水供給ヘッ
ダ５２を通じて各冷却水流路溝５１に分配、供給され
る。この冷却水流路溝５１を電池冷却水７５が通過する
間に電池冷却水の一部が電池発熱を吸収して蒸発し、多
孔質溝付セパレータ２０を通じて純水素燃料ガス７３、
または酸化剤ガス７４を加湿させたり、あるいは一部が
液体のまま多孔質溝セパレータ２０を通じて直接的に電
極接合体７０に供給され、電解質の保水状態を確保する
ことが可能となるようになっている。
１を有する冷却セパレータ基板５０に設けられた冷却水
供給孔５４より電池本体内に導入され、冷却水供給ヘッ
ダ５２を通じて各冷却水流路溝５１に分配、供給され
る。この冷却水流路溝５１を電池冷却水７５が通過する
間に電池冷却水の一部が電池発熱を吸収して蒸発し、多
孔質溝付セパレータ２０を通じて純水素燃料ガス７３、
または酸化剤ガス７４を加湿させたり、あるいは一部が
液体のまま多孔質溝セパレータ２０を通じて直接的に電
極接合体７０に供給され、電解質の保水状態を確保する
ことが可能となるようになっている。
【００２９】すなわち、電池内部で純水素燃料ガス７
３、または酸化剤ガス７４を加湿させることができるよ
うに図っている。そして、残った電池冷却水７５は、冷
却水排口ヘッダ５３に集められ、冷却水排出孔５５を通
じて電池本体外に排出される。
３、または酸化剤ガス７４を加湿させることができるよ
うに図っている。そして、残った電池冷却水７５は、冷
却水排口ヘッダ５３に集められ、冷却水排出孔５５を通
じて電池本体外に排出される。
【００３０】上述した図５，６に示す燃料電池において
は、電池の両面から各流体を導入する一例を示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、一対のガスセ
パレータ１０Ａ、１０Ｂにより電極接合体７０を挟み込
み、その内の片側のガスセパレータ１０から各流体を導
入するようにしてもよく、その一例を図７に示す。
は、電池の両面から各流体を導入する一例を示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、一対のガスセ
パレータ１０Ａ、１０Ｂにより電極接合体７０を挟み込
み、その内の片側のガスセパレータ１０から各流体を導
入するようにしてもよく、その一例を図７に示す。
【００３１】同図に示すように、片側に設けたガスセパ
レータ１０Ａには、純水素燃料ガス７３を供給及び排出
するガス供給孔５６Ｂ及びガス排出孔５７Ｂを貫通する
ように設け、純水素燃料ガス７３をガスセパレータ１０
Ｂに供給・排出するようにしている。このように、必要
に応じて各流体の供給孔及び排出孔をガスセパレータの
片面、両面に配することができる。
レータ１０Ａには、純水素燃料ガス７３を供給及び排出
するガス供給孔５６Ｂ及びガス排出孔５７Ｂを貫通する
ように設け、純水素燃料ガス７３をガスセパレータ１０
Ｂに供給・排出するようにしている。このように、必要
に応じて各流体の供給孔及び排出孔をガスセパレータの
片面、両面に配することができる。
【００３２】次に、図８を参照して、多孔質溝付セパレ
ータ２０に挟まれた電極接合体７０を構成する電解質７
６に、電池冷却水の一部をその保水用水分として供給す
る作用を示す。
ータ２０に挟まれた電極接合体７０を構成する電解質７
６に、電池冷却水の一部をその保水用水分として供給す
る作用を示す。
【００３３】電極接合体７０を燃料ガス７３、または酸
化剤ガス７４が供給されるガス流路溝２１を有する多孔
質溝付セパレータ２０，２０により挟み、その背後に冷
却水流路溝５１を有する冷却水セパレータ基板５０，５
０を配して冷却水７５を導くようにする。
化剤ガス７４が供給されるガス流路溝２１を有する多孔
質溝付セパレータ２０，２０により挟み、その背後に冷
却水流路溝５１を有する冷却水セパレータ基板５０，５
０を配して冷却水７５を導くようにする。
【００３４】この結果、電池冷却水７５の一部が電池発
熱を吸収して蒸発し、多孔質で溝付きの多孔質溝付セパ
レータ２０を通じて燃料ガス７３、または酸化剤ガス７
４を加湿させる、あるいは一部が液体のまま多孔質で溝
付セパレータ２０，２０を通じて直接電極接合体７０に
供給され、電解質７６の保水状態を確保することが可能
となるようになっている。すなわち、電池内部で燃料、
または酸化剤を加湿させることができる。
熱を吸収して蒸発し、多孔質で溝付きの多孔質溝付セパ
レータ２０を通じて燃料ガス７３、または酸化剤ガス７
４を加湿させる、あるいは一部が液体のまま多孔質で溝
付セパレータ２０，２０を通じて直接電極接合体７０に
供給され、電解質７６の保水状態を確保することが可能
となるようになっている。すなわち、電池内部で燃料、
または酸化剤を加湿させることができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明に係るガスセパレータによれば、
以下の効果を奏する。
以下の効果を奏する。
【００３６】セパレータ全体を高価で、しかも導電性を
有する金属板、カーボン板等で製作する必要がなく、少
なくとも冷却水流路溝付きの冷却セパレータ基板、及び
多孔質溝付セパレータを導電性を有する金属板、カーボ
ン板等で製作するだけでよく、他の板は、軽量で安価な
ガス不透過性の不導電性（例えば、各種高分子材料等）
で構成できる。また、各マニホールド、またはヘッダ
や、流路溝を複雑な切削加工やエッチング加工なしに形
成できるため、燃料電池本体を軽量に、しかも複雑な加
工工程を要さないので非常に安価にできる。
有する金属板、カーボン板等で製作する必要がなく、少
なくとも冷却水流路溝付きの冷却セパレータ基板、及び
多孔質溝付セパレータを導電性を有する金属板、カーボ
ン板等で製作するだけでよく、他の板は、軽量で安価な
ガス不透過性の不導電性（例えば、各種高分子材料等）
で構成できる。また、各マニホールド、またはヘッダ
や、流路溝を複雑な切削加工やエッチング加工なしに形
成できるため、燃料電池本体を軽量に、しかも複雑な加
工工程を要さないので非常に安価にできる。
【００３７】電極接合体を燃料、または酸化剤が供給さ
れる多孔質で溝付きのセパレータにより挟み、その背後
に冷却水流路溝付きの冷却水セパレータ基板を配して冷
却水を導くようにすることで、電池冷却水の一部が電池
発熱を吸収して蒸発し、多孔質溝付セパレータを通じて
燃料、または酸化剤を加湿させたり、あるいは一部が液
体のまま多孔質溝付セパレータを通じて直接電極接合体
に供給し、電解質の保水状態を確保することができる。
すなわち、電池内部で燃料、または酸化剤を加湿させる
ことができるようになるので、これまで電池冷却水にて
捨てられていた電池排熱を、燃料電池本体内で有効に活
用しながら電解質を湿潤状態に保つとができるようにな
るとともに、燃料電池本体外に加湿装置となる純水の貯
溜容器を設ける必要もなく、システム全体をコンパクト
にまとめることができる。
れる多孔質で溝付きのセパレータにより挟み、その背後
に冷却水流路溝付きの冷却水セパレータ基板を配して冷
却水を導くようにすることで、電池冷却水の一部が電池
発熱を吸収して蒸発し、多孔質溝付セパレータを通じて
燃料、または酸化剤を加湿させたり、あるいは一部が液
体のまま多孔質溝付セパレータを通じて直接電極接合体
に供給し、電解質の保水状態を確保することができる。
すなわち、電池内部で燃料、または酸化剤を加湿させる
ことができるようになるので、これまで電池冷却水にて
捨てられていた電池排熱を、燃料電池本体内で有効に活
用しながら電解質を湿潤状態に保つとができるようにな
るとともに、燃料電池本体外に加湿装置となる純水の貯
溜容器を設ける必要もなく、システム全体をコンパクト
にまとめることができる。
【００３８】セパレータ被覆板、一体セパレータ被覆板
により各マニホールド、またはヘッダが覆われているた
め、軟質性の電極接合体が凹部にたわみ込んだり変形し
たりすることなく、セパレータ被覆板、一体セパレータ
被覆板により両面からしっかりと挟み込み固定できるた
め、電極接合体の変形、損傷等をなくすことができる。
により各マニホールド、またはヘッダが覆われているた
め、軟質性の電極接合体が凹部にたわみ込んだり変形し
たりすることなく、セパレータ被覆板、一体セパレータ
被覆板により両面からしっかりと挟み込み固定できるた
め、電極接合体の変形、損傷等をなくすことができる。
【図１】本実施例に係るガスセパレータの構成図であ
る。
る。
【図２】本実施例に係るガスセパレータの構成図であ
る。
る。
【図３】他の実施例に係るガスセパレータの構成図であ
る。
る。
【図４】他の実施例に係るガスセパレータの構成図であ
る。
る。
【図５】固体高分子電解質燃料電池の構成図である。
【図６】固体高分子電解質燃料電池の構成図である。
【図７】固体高分子電解質燃料電池の構成図である。
【図８】多孔質溝付セパレータを用いた電極接合体の加
湿方法の概略図である。
湿方法の概略図である。
【図９】固体高分子電解質燃料電池の発電原理図であ
る。
る。
【図１０】固体高分子電解質燃料電池の運転システムの
概略図である。
概略図である。
【図１１】従来の燃料電池用ガスセパレータの外観図で
ある。
ある。
【図１２】従来のガスセパレータの構成図である。
１０ ガスセパレータ ２０ 多孔質溝付セパレータ ２１ ガス流路溝 ３０ セパレータ支持板 ４０ セパレータ被覆板 ４１ ガス流路溝用開口部 ５０ 冷却セパレータ基板 ５１ 冷却水流路溝 ５４ 冷却水供給孔 ５５ 冷却水排出孔 ５６ ガス供給孔 ５７ ガス排出孔 ６０ 一体セパレータ被覆板 ７０ 電極接合体 ７１ アノード極 ７２ カソード極 ７３ 純水素燃料ガス ７４ 酸化剤ガス ７５ 冷却水 ７６ 電解質
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池の固体高分子電解質膜へ燃料ガ
ス又は酸化剤ガスを供給するためのガス用のセパレータ
において、 一側面に複数のガス流路溝を有し且つ多孔質材からなる
多孔質溝付セパレータと、該多孔質溝付セパレータを嵌
合すると共に上記ガス流路溝と連通しガスを供給又は排
出する流路を有するセパレータ支持板と、該セパレータ
支持板に嵌合した多孔質溝付セパレータのガス流路溝側
を覆うと共に当該ガス流路溝を露出する開口部を有する
セパレータ被覆板と、複数の冷却水流路溝を有し且つ上
記多孔質溝付セパレータを嵌合したセパレータ支持板と
接合して冷却する冷却セパレータ基板とを、一体化して
なることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池用ガス
セパレータ。 - 【請求項２】 請求項１の固体高分子電解質燃料電池用
ガスセパレータにおいて、 上記セパレータ支持板と上記セパレータ被覆板とが一体
化してなる一体セパレータ被覆板を用いてなることを特
徴とする固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ。 - 【請求項３】 請求項１又は２の固体高分子電解質燃料
電池用ガスセパレータにおいて、 上記多孔質溝付セパレータと冷却セパレータ基板とが導
電体からなると共に、セパレータ支持板が不導電体から
なることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池用ガス
セパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126753A JPH06338332A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126753A JPH06338332A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338332A true JPH06338332A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=14943070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5126753A Withdrawn JPH06338332A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 固体高分子電解質燃料電池用ガスセパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06338332A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997027638A1 (de) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flüssigkeitsgekühlte brennstoffzelle mit verteilungskanälen |
| JP2003505824A (ja) * | 1999-07-20 | 2003-02-12 | インターナショナル フュエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池電力設備用の加湿装置 |
| KR20030018078A (ko) * | 2001-08-27 | 2003-03-06 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 스택의 수소 가습 구조 |
| JP2005183141A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2006147550A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-06-08 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池システムとその停止保管起動方法、停止保管起動プログラム |
| JP2008078111A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置 |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP5126753A patent/JPH06338332A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997027638A1 (de) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flüssigkeitsgekühlte brennstoffzelle mit verteilungskanälen |
| JP2003505824A (ja) * | 1999-07-20 | 2003-02-12 | インターナショナル フュエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池電力設備用の加湿装置 |
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| JP2005183141A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP4486357B2 (ja) * | 2003-12-18 | 2010-06-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP2006147550A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-06-08 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池システムとその停止保管起動方法、停止保管起動プログラム |
| JP2008078111A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000801 |