JP2004363093A - Fuel cell and its disassembly method - Google Patents
Fuel cell and its disassembly method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004363093A JP2004363093A JP2004138954A JP2004138954A JP2004363093A JP 2004363093 A JP2004363093 A JP 2004363093A JP 2004138954 A JP2004138954 A JP 2004138954A JP 2004138954 A JP2004138954 A JP 2004138954A JP 2004363093 A JP2004363093 A JP 2004363093A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- separator
- side separator
- cathode
- anode
- 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.)
- Withdrawn
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)
Abstract
【課題】 積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換することができる、簡易な構成の燃料電池を提供すること。
【解決手段】 電解質膜1、電解質膜1を挟む一対の電極4、電極4の一方に設けられ、燃料ガスを供給するガス流路31を有するアノード側セパレータ30、及び電極4の他方に設けられ、酸化剤ガスを供給するガス流路21を有するカソード側セパレータ20を有する単電池を複数個備え、複数個の単電池は積層されている燃料電池であって、複数個の単電池を構成するアノード側セパレータ30及びカソード側セパレータ20のうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ30及び/またはカソード側セパレータ20の側面一部には、分離用の溝26が設けられている。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell having a simple structure, in which when a defective unit cell is found in a laminated battery, only the battery can be removed and replaced as easily as possible without breaking a laminated member.
SOLUTION: An electrolyte membrane 1, a pair of electrodes 4 sandwiching the electrolyte membrane 1, and an anode separator 30 provided on one of the electrodes 4 and having a gas flow path 31 for supplying a fuel gas, and provided on the other of the electrodes 4 are provided. A plurality of cells each having a cathode-side separator 20 having a gas flow path 21 for supplying an oxidizing gas, and the plurality of cells are stacked fuel cells to constitute a plurality of cells. Separation grooves 26 are provided in at least a part of the anode-side separator 30 and / or the cathode-side separator 20 among the anode-side separator 30 and the cathode-side separator 20.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池、及びその分解方法に関し、特に固体高分子電解質型燃料電池およびその分解方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell used for a portable power supply, a power supply for an electric vehicle, a home cogeneration system, and the like, and a disassembly method thereof, and particularly to a solid polymer electrolyte fuel cell and a disassembly method thereof.
高分子電解質型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させて、電気と熱とを同時に発生させるものである。このような高分子電解質型燃料電池は、基本的には水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜および高分子電解質膜を挟む一対の電極から構成される。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に密着された触媒層、およびその外面に配された、通気性と導電性を兼ね備えた拡散層からなる。高分子電解質の外周部には、ガスケットが配される。このようにして構成される膜電極接合体(MEA)を機械的に固定するとともに、隣接するMEA同士を互いに電気的に直列に接続するための導電性セパレータがMEAの外側に配される。導電性セパレータは、電極と対向する面に、電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路を有する。ガス流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。 In a polymer electrolyte fuel cell, a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air are electrochemically reacted by a gas diffusion electrode to simultaneously generate electricity and heat. Such a polymer electrolyte fuel cell basically includes a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane. The electrode is mainly composed of a carbon powder carrying a platinum group metal catalyst, and is composed of a catalyst layer adhered to the polymer electrolyte membrane and a diffusion layer having both air permeability and conductivity provided on the outer surface thereof. A gasket is arranged on the outer periphery of the polymer electrolyte. A conductive separator for mechanically fixing the membrane electrode assembly (MEA) thus configured and electrically connecting adjacent MEAs to each other in series is arranged outside the MEAs. The conductive separator has a gas flow path on a surface facing the electrode for supplying a reaction gas to the electrode and for carrying away a gas generated by the reaction or an excess gas. Although the gas flow path can be provided separately from the separator, a method in which a groove is provided on the surface of the separator to form a gas flow path is generally used.
セパレータの他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却流路が設けられている。このように冷却水を循環させることにより、反応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用することができる。 The other surface of the separator is provided with a cooling channel for circulating cooling water for keeping the battery temperature constant. By circulating the cooling water in this way, the heat energy generated by the reaction can be used in the form of hot water or the like.
また、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークしたり、互いに混合したりしないように、さらには冷却水が電池外にリークしないように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスケットやOリングが配される。 A gasket with a polymer electrolyte membrane around the electrodes to prevent fuel gas and oxidizing gas from leaking out of the battery and mixing with each other, and to prevent cooling water from leaking out of the battery. And O-rings are arranged.
このような積層型の電池では、ガスの供給孔および排出孔、さらには冷却水の供給孔および排出孔を、積層電池内部に確保したいわゆる内部マニホールド型が一般的である。 In such a stacked battery, a so-called internal manifold type in which a gas supply hole and a discharge hole, and further a cooling water supply hole and a discharge hole are secured inside the stacked battery, is generally used.
上記のような高分子電解質型燃料電池スタックは、セパレータ、MEA等の構成部品を順次積層した後、電気的接触抵抗を低減し、かつ供給ガスや冷却水のリークを防止するため、電池全体が締結される。 In the polymer electrolyte fuel cell stack as described above, after sequentially stacking components such as a separator and an MEA, the entire cell is reduced in order to reduce electrical contact resistance and prevent leakage of supply gas and cooling water. Be concluded.
ここで、積層する単電池が多ければ多いほど、位置ずれしないように積層するのが難しくなり、シール不良などの問題が生じる。また、いったん積層した燃料電池の一部に不良単電池が見つかった場合には、その電池を交換するために、その電池が存在する場所まで積層構造部品を順次取り外す必要がある。 Here, as the number of unit cells to be stacked increases, it becomes more difficult to stack the cells so as not to be displaced, and problems such as defective sealing occur. Further, when a defective unit cell is found in a part of the stacked fuel cells, it is necessary to sequentially remove the stacked structural parts to the place where the battery is present in order to replace the cell.
従来技術として、積層構造部品の位置がずれないように、ノックピンを使用する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。すなわち、まず、燃料電池を組み立てる際に、燃料電池スタックを加圧するための加圧板に単電池組み立て用位置決め穴を穿設し、これにノックピンを挿入して直立する。次に、単電池位置決め穴を穿設した、燃料電池を構成する平板状の部品を順次各々の単電池位置決め穴をノックピンに嵌合の上積層して単電池を構成し、次いでこれを所用単電池分だけ繰り返して積層して、スタックを構成する。その後加圧プレートを用いて締め付け固定する。 As a conventional technique, there is disclosed a method of using a knock pin so that the position of the laminated structural component does not shift (for example, see Patent Document 1). That is, when assembling a fuel cell, first, a positioning hole for unit cell assembly is formed in a pressurizing plate for pressurizing the fuel cell stack, and a knock pin is inserted into the hole to stand upright. Next, flat cells constituting the fuel cell, in which the unit cell positioning holes are drilled, are sequentially stacked by fitting the unit cell positioning holes to the knock pins to form a unit cell. A stack is formed by repeatedly stacking the batteries. Then, it is fastened and fixed using a pressure plate.
また、積層構造部品の少なくとも一辺に切り欠き部を設けることで、積層時の位置ずれ防止するとともに、積層後万一不良単電池が発生した場合にも、位置ずれが起きないように不良単電池を交換する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、ノックピンを使用する方法では、電池積層時の位置ずれを防ぐためには効果的であるが、組立後にはノックピンが電池内部に残るとともに、これにより燃料電池が大きく、重くなるという問題点があった。また、不良単電池が見つかった場合には、前記ノックピンが電池内部に存在しているため、不良単電池だけを抜き取ることができず、前述のごとくその電池が存在する部位まで、積層構造部品を順次抜き取る必要があり、電池交換に非常に多くの工数が必要であった。さらに、ノックピンと位置決め用の穴のクリアランスが小さい場合には、この作業はさらに困難を極めることになる。また、この作業を行うにあたっては、正常な電池まで取り外す必要があり、再度組み立てた時に正常な電池の部分でも、シール不良などの不具合が新たに生じる危険性があった。 However, although the method using the knock pin is effective for preventing the displacement during the stacking of the battery, the knock pin remains inside the battery after the assembly, which causes a problem that the fuel cell becomes large and heavy. Was. When a defective unit cell is found, the knock pin is present inside the battery, so that only the defective unit cell cannot be extracted. It was necessary to sequentially remove the batteries, and a very large number of steps were required to replace the batteries. Further, if the clearance between the knock pin and the positioning hole is small, this operation becomes even more difficult. Further, when performing this operation, it is necessary to remove even the normal battery, and there is a risk that a defect such as a defective seal may newly occur even in the normal battery portion when reassembled.
切欠部を設ける方法では、ノックピンを用いることなく、電池積層時の位置ずれを防ぐことができる。また、ノックピンを用いていないため、万が一作製された燃料電池の一部に不良単電池が存在した場合でも、切り欠き部に配置されるガイドポストによって固定されているので、持ち上げ治具を使用して不良単電池だけを交換することができる。しかしながら、特許文献2では、隣接するセパレータ間は完全に密着しており、交換する不良単電池に隣接したセパレータ間に持ち上げ治具を挿入することは非常に困難である。特に、特許文献2ではガイドポストによって、位置決めがより正確にできるため、燃料電池の側面は非常にフラットな面になり、更に治具の挿入が難しくなる。また、長い間一定の圧力で締結されていた積層電池は、構成部材と使用するガスシールやOリングなどが変形しセパレータと密着しているため、持ち上げ用治具を無理やり挿入しようとすると、隣接するセパレータの一部を破壊する危険性もあり、積層構造部品を必要以上に交換しなければならなくなる。
In the method of providing the notch, it is possible to prevent displacement during battery stacking without using a knock pin. In addition, since no knock pin is used, even if a defective unit cell is present in a part of the manufactured fuel cell, it is fixed by the guide post arranged in the notch, so a lifting jig must be used. Can replace only defective cells. However, in
すなわち、積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換することは、困難であるという課題がある。 That is, when a defective unit cell is found in the laminated battery, it is difficult to replace and remove only the battery as easily as possible without destroying the laminated member.
本発明は、上記課題を考慮し、積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換ができる、簡易な構成の燃料電池とその分解方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and when a defective unit cell is found in a laminated battery, a fuel cell having a simple configuration that allows only the battery to be removed and replaced as easily as possible without destroying the laminated member. It is an object of the present invention to provide a method of disassembling the same.
上述した課題を解決するために、第1の本発明は、電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、前記電極の一方に設けられ、燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側セパレータ、及び前記電極の他方に設けられ、酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側セパレータを有する単電池を複数個備え、前記複数個の単電池は積層されている燃料電池であって、
前記複数個の単電池を構成する前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ及び/またはカソード側セパレータの側面一部には、分離用の溝が設けられている燃料電池である。
In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention provides an electrolyte membrane, a pair of electrodes sandwiching the electrolyte membrane, an anode separator provided on one of the electrodes, and having a gas flow path for supplying a fuel gas, And provided on the other of the electrodes, comprising a plurality of cells having a cathode-side separator having a gas flow path for supplying an oxidizing gas, the plurality of cells are a stacked fuel cell,
At least a part of the anode-side separator and / or the cathode-side separator among the anode-side separator and the cathode-side separator constituting the plurality of unit cells is provided with a separating groove. It is a fuel cell.
また、第2の本発明は、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち一部のセパレータは、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとを兼ねている、第1の本発明の燃料電池である。 Further, the second invention is a fuel cell according to the first invention, wherein a part of the anode-side separator and the cathode-side separator also serves as the anode-side separator and the cathode-side separator. is there.
また、第3の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとが接触する部位に設けられている、第1の本発明の燃料電池である。 Further, a third invention is the fuel cell according to the first invention, wherein the groove is provided at a position where the anode-side separator and the cathode-side separator come into contact with each other.
また、第4の本発明は、前記アノード側セパレータに設けられている前記溝と、前記カソード側セパレータに設けられている前記溝とは、前記接触する部位で向き合っている、第3の本発明の燃料電池である。 In a fourth aspect of the present invention, the groove provided on the anode-side separator and the groove provided on the cathode-side separator face each other at the contact portion. Fuel cell.
また、第5の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータと、前記電極とが接触する部位に設けられている、第1の本発明の燃料電池である。 The fifth invention is the fuel cell according to the first invention, wherein the groove is provided at a portion where the anode or the cathode separator contacts the electrode.
また、第6の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータの中央部位に設けられている、第1の本発明の燃料電池である。 The sixth invention is the fuel cell according to the first invention, wherein the groove is provided at a central portion of the anode-side separator or the cathode-side separator.
また、第7の本発明は、前記溝の断面形状は、矩形形状、くさび形状、または丸め加工されたくさび形状である、第1の本発明の燃料電池である。 A seventh aspect of the present invention is the fuel cell according to the first aspect, wherein the cross-sectional shape of the groove is a rectangular shape, a wedge shape, or a rounded wedge shape.
また、第8の本発明は、前記電解質は、固体高分子電解質膜である、第1の本発明の燃料電池である。 An eighth invention is the fuel cell according to the first invention, wherein the electrolyte is a solid polymer electrolyte membrane.
また、第9の本発明は、第1の本発明の燃料電池の前記溝に電池分離用治具を挿入することにより、前記燃料電池から、任意の単電池を取り出す、燃料電池の分解方法である。 A ninth aspect of the present invention is a fuel cell disassembly method for removing an arbitrary unit cell from the fuel cell by inserting a cell separation jig into the groove of the fuel cell of the first aspect. is there.
また、第10の本発明は、前記電池分解用治具は、くさび形状または薄板形状を有している、第9の本発明の燃料電池の分解方法である。 A tenth aspect of the present invention is the fuel cell disassembly method of the ninth aspect, wherein the battery disassembly jig has a wedge shape or a thin plate shape.
本発明によれば、非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易な燃料電池、及びその分解方法を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell in which a defective unit cell can be easily replaced simply by processing the separator into a very simple configuration, and a method for disassembling the fuel cell.
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に本実施の形態の燃料電池の縦断面略図を示す。 FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a fuel cell according to the present embodiment.
膜電極接合体(MEA)10は高分子電解質膜1、これを挟む一対の電極4、および高分子電解質膜の周縁部を挟むガスケット5から構成されている。電極4は、高分子電解質膜1に接する触媒層2および拡散層3からなる。このMEA10は一方の電極、即ちカソードに酸化剤ガスを供給するガス流路21を有するカソード側セパレータ20と、他方の電極、即ちアノードに燃料ガスを供給するガス流路31を有するアノード側セパレータ30により挟まれて単電池を構成する。カソード側セパレータ20およびアノード側セパレータ30は、それぞれ背面に流路22および32を有する。隣接する単電池のセパレータ20と30との間には前記の流路22および32によって冷却水の流路が形成される。カソード側セパレータ20とアノード側セパレータ30とは、カソード側セパレータ20の凹部23に装着されたOリング24を電池の締結圧により圧縮することにより、冷却水が外部へ漏れるのを防止する。このように、本実施の形態の燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池として構成されている。
The membrane electrode assembly (MEA) 10 includes the
以上の構成は従来の燃料電池と同様である。本実施の形態においては、方形のカソード側セパレータ20は、同じく方形のアノード側セパレータ30に向き合う面の端部に凹部を設けて、セパレータ30との間に、電池交換用治具を挿入するための溝26を形成したことが特徴である。図1では、方形のセパレータの一辺に溝を設けたが、図2のように、対向する二辺に溝26を設けるのが好ましく、不良単電池の交換時には効果的である。三辺以上の側面に溝を設けてもよい。
The above configuration is the same as that of the conventional fuel cell. In the present embodiment, the rectangular cathode-
図7(a)、及び図7(b)に三辺以上の側面に溝を設けた例を示す。すなわち、図7(a)は、カソード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータの三辺の側面に溝を設けた例である。すなわち、カソード側セパレータには、溝80Aが設けられている。また、図7(b)も、カソード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータの四辺の側面に溝を設けた例である。すなわち、カソード側セパレータには、溝80Bが設けられている。このようにカソード側セパレータの三辺以上の側面に溝を設けてもよい。ただし、図7(a)、図7(b)では、カソード側セパレータの凹部、ガス流路、流路などは記載を省略している。
FIGS. 7A and 7B show examples in which grooves are provided on three or more side surfaces. That is, FIG. 7A is a view of the cathode-side separator viewed from above, and is an example in which grooves are provided on three side surfaces of the cathode-side separator. That is, the
図3に示す実施の形態においては、隣接するセパレータ20と30とにまたがって溝26Aを形成している。以上に示した例では、溝はいずれも矩形である。図4に示す実施の形態においては、同じくセパレータ20と30とにまたがって、くさび形の溝26Bを形成している。
In the embodiment shown in FIG. 3, the
以上の例では、各単電池間に溝を設けたが、図5に示すように、単電池2つ毎に溝を設けるなど、単電池の数単位ごとに溝を設けてもよい。例えば、比較的交換が容易な燃料電池スタックの上下端部に位置する部位には溝を設けず、電池交換が難しい中央部だけに溝を設けるようにしてもよい。この実施の形態においては、溝26Cは角部がなだらかな曲面となるようにR加工されている。
In the above example, a groove is provided between each unit cell. However, as shown in FIG. 5, a groove may be provided for each unit of a unit cell, such as providing a groove for every two unit cells. For example, the grooves may not be provided at the upper and lower end portions of the fuel cell stack where the replacement is relatively easy, and the grooves may be provided only at the central portion where the battery replacement is difficult. In this embodiment, the
以上の実施の形態においては、各単電池がそれぞれ独立したカソード側セパレータおよびアノード側セパレータを備えている。すなわち、MEA間には、カソード側セパレータとアノード側セパレータを組み合わせた複合セパレータが挿入され、各単電池はカソード側およびアノード側の両面より冷却される構成である。図6に示す実施の形態においては、MEA間には、前記の複合セパレータと単一のセパレータ40とが交互に挿入されている。セパレータ40は、一方の面がカソード側セパレータとして働き、他方の面がアノード側セパレータとして働く。この構成であると、2つの単電池毎に冷却部が設けられる。この実施の形態においては、2つの単電池を1ユニットとして交換することができる。
In the above embodiment, each unit cell has an independent cathode-side separator and independent anode-side separator. That is, a composite separator combining a cathode-side separator and an anode-side separator is inserted between the MEAs, and each unit cell is configured to be cooled from both the cathode side and the anode side. In the embodiment shown in FIG. 6, the composite separator and the
以上のように燃料電池の積層方向の少なくとも一つの側面の隣接するセパレータ間に溝を設けると、不良単電池の交換が容易になるだけではなく、セパレータ材料の低減ができ、低コスト化が可能になる。すなわち、燃料電池の積層方向の少なくとも一つの側面の隣接するセパレータ間に溝を設けると、溝を設けた分だけセパレータ材料の使用量が少なくなるので、低コスト化が可能になる。セパレータの材料としては、カーボンだけではなく金属や樹脂と金属の複合品などを用いることもできる。 As described above, providing grooves between adjacent separators on at least one side in the stacking direction of the fuel cell not only facilitates replacement of defective cells, but also enables reduction of separator material and cost reduction. become. That is, when grooves are provided between adjacent separators on at least one side surface in the stacking direction of the fuel cell, the amount of the separator material used is reduced by the provision of the grooves, so that the cost can be reduced. As a material of the separator, not only carbon but also a metal or a composite product of a resin and a metal can be used.
また、以上の例では、板状セパレータの少なくとも一つの側面の隣接するセパレータとの間に溝加工を施したが、特にこれに限定されない。すなわち、板状セパレータ側面のMEAと接する側に溝加工が施されていてもよい。これにより板状セパレータを作成するのに、さらにセパレータ材料の使用量が少なくなるので、さらなる低コスト化が可能になる。 Further, in the above example, the groove processing is performed between at least one side surface of the plate-shaped separator and the adjacent separator, but the present invention is not particularly limited to this. That is, a groove may be formed on the side of the plate-shaped separator that contacts the MEA. As a result, the amount of the separator material used for producing the plate-like separator is further reduced, so that the cost can be further reduced.
また、このように、板状セパレータの側面のMEAと接する側に溝を設けた場合には、MEAと接する側に設けた溝を電池交換用治具を挿入するための溝として利用することも出来る。また、板状セパレータの側面のMEAと接する側にのみ溝を設け、板状セパレータの隣接するセパレータの側には溝を設けない構成も可能である。 Further, when a groove is provided on the side of the plate-shaped separator in contact with the MEA, the groove provided on the side in contact with the MEA may be used as a groove for inserting a battery replacement jig. I can do it. Further, a configuration is also possible in which a groove is provided only on the side of the side surface of the plate-shaped separator that contacts the MEA, and no groove is provided on the side of the separator adjacent to the plate-shaped separator.
また、図6の単一のセパレータ40のMEAと接する部分の両方または一方に溝を設けることにより、1ユニットを構成する2つの単電池を単一のセパレータ40と電極4との間で分解することも可能である。
Also, by providing a groove in both or one of the portions of the
なお、上記図1の溝26などは、カソード側セパレータ20等の側面の一辺全体に渡って形成されていたが、カソード側セパレータ20の側面の一辺の一部、または複数の辺それぞれの一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝を形成しても構わない。
Although the
例えば、図8(a)は、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの側面の一辺の一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝が形成されている。すなわち、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの側面の一辺の2箇所に、電池交換用治具を挿入するための溝80C、80Dが設けられている。そして溝80C、溝80Dは、カソード側セパレータ及びアノード側セパレータのいずれか一方の側に設けられていても構わないし、カソード側セパレータ及びアノード側セパレータの両方に渡って設けられていても構わない。図9(a)は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。図9(a)では、一方のセパレータにのみ溝80C、80Dが設けられている。また、図9(b)は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。図9(b)では、両方のセパレータに渡って、溝80C、80Dが設けられている。
For example, FIG. 8A is a view of the cathode-side separator or the anode-side separator as viewed from above, in which a battery replacement jig is inserted into only a part of one side of the side surface of the cathode-side separator or the anode-side separator. Grooves are formed. That is,
また、図8(b)は、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの二辺のそれぞれ一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝が形成されている。すなわち、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの二辺のそれぞれの一部に、電池交換用治具を挿入するための溝80E及び80Fが設けられている。
FIG. 8B is a view of the cathode-side separator or the anode-side separator as viewed from above, and is used to insert a battery replacement jig into only a part of each of two sides of the cathode-side separator or the anode-side separator. Grooves are formed. That is,
さらに、上記図1の溝26などは、板状セパレータの少なくとも一つの側面の隣接するセパレータとの間に設けたがこれに限らず、板状セパレータの中央部分に溝を設けてもよい。図10は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。一方のセパレータの中央部分に溝80G、80Hが設けられている。
Further, the
ただし、上記の図8(a)、図8(b)、図9(a)、図9(b)、図10では、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの凹部、ガス流路、流路などは記載を省略している。 However, in FIGS. 8 (a), 8 (b), 9 (a), 9 (b) and 10 described above, the recesses, gas flow paths, flow paths and the like of the cathode side separator or the anode side separator are shown. The description is omitted.
さらに、図7(a)で説明した溝80Aや、図7(b)で説明した溝80Bは矩形に限らず、くさび形や、角部がなだらかな曲面となるようにR加工されたくさび形であっても構わない。また、同様に図8(a)で説明した溝80C、80D、図8(b)で説明した溝80E、80F、図10で説明した溝80G、80Hは、矩形に限らず、くさび形や、角部がなだらかな曲面となるようにR加工されたくさび形であっても構わない。
Further, the
さらに、本発明の燃料電池は、本実施の形態における膜電極接合体(MEA)10に高分子電解質膜1を用いた固体高分子電解質型燃料電池(PEFC)に限らず、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、直接メタノール変換型燃料電池(DMFC)など、要するに本発明の燃料電池は、単電池が複数個積層された構造を持つものでありさえすればよい。
Further, the fuel cell of the present invention is not limited to a solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using the
次に、このような燃料電池の不良単電池の交換方法について図11〜図16を参照して説明する。 Next, a method for replacing a defective unit cell of such a fuel cell will be described with reference to FIGS.
まず、図11に示すように、不良単電池とその上下のセパレータからなる不良単電池ユニット50のすぐ上部に位置する正常単電池ユニット51との間に、樹脂製くさび状の交換用治具60を溝26Cの部分に、対向する2側面から挿入する。そして、溝26Cの部分に挿入したくさび状の交換用治具60をさらに溝26Cの深さ方向に押し付ける。そうすると、不良単電池ユニット50と正常単電池ユニット51とは、交換用治具60から加えられる力により分離する。この後、図12に示すように、交換用治具60を挿入した部分の上方の正常単電池ユニット51および52を取り外す。次いで、図13に示すように、再度不良単電池ユニット50のすぐ下側に交換用治具60を挿入する。そして、挿入した交換用治具60を上記と同様に押し付ける。そうすると、不良単電池ユニット50が、交換用治具60から加えられる力により分離する。その後、図14に示すように、不良単電池ユニット50を取り外す。この後、図15に示すように、あらかじめ作製しておいた交換単電池ユニット53に置き換える。最後に、図16に示すように、最初に取り外した単電池ユニット51および52を単電池ユニット53上に設置する。こうして、再度燃料電池スタックを作製することができる。
First, as shown in FIG. 11, a resin wedge-shaped
ここで挿入する交換用治具の形状は、くさび状でなくても薄い板状のものでもよく、本発明が適応できるのであればどんなものでもよい。材質についても、ここではセパレータへの負荷を考慮して樹脂を用いたが、金属製、セラミックス製等であってもよい。さらに、好ましくは不良単電池ユニット50の下側に位置する燃料電池ユニットを、図17に示すように、固定用治具61で固定して、電池交換を行うようにすると、電池の位置ずれなどの懸念がより少なくなる。
Here, the shape of the replacement jig to be inserted is not limited to a wedge shape, but may be a thin plate shape, and may be any shape as long as the present invention can be applied. Although the resin is used here in consideration of the load on the separator, the material may be metal, ceramic, or the like. Furthermore, if the fuel cell unit, which is preferably located below the defective
以上のように、燃料電池の積層方向の側面の隣接するセパレータ間に、治具を挿入するための溝を設けることによって、また非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易な燃料電池を提供できる。 As described above, by providing a groove for inserting a jig between adjacent separators on the side surface in the stacking direction of the fuel cell, it is also possible to process a defective unit cell simply by processing the separator into a very simple configuration. A fuel cell that can be easily replaced can be provided.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例1)
本実施例の燃料電池は図1の構成のものを使用した。この燃料電池に使用した単電池について以下に説明する。
(Example 1)
The fuel cell of this example used had the configuration shown in FIG. The cell used for this fuel cell will be described below.
まず、高分子電解質膜の両側に触媒層を塗布した後、ガス拡散層となるカーボンペーパーとフッ素系ゴム製のガスケットを取り付け単電池を構成した。電極のサイズは12cm角で、単電池の大きさは18cm角とした。 First, after a catalyst layer was applied on both sides of the polymer electrolyte membrane, carbon paper to be a gas diffusion layer and a gasket made of a fluorine-based rubber were attached to form a unit cell. The size of the electrode was 12 cm square, and the size of the unit cell was 18 cm square.
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ(18cm角、厚さ3mm)20と30で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ20には、気密性を確保するためのフッ素系ゴム製のOリング24を填め込んだ。また、このセパレータ20の側面には、図18(a)に27で示すように、深さ(d)0.6mm、幅(w)2mmの削り加工が施してある。
This single cell was sandwiched between airtight carbon separators (18 cm square, 3 mm thick) 20 and 30 to produce a single cell unit. The
この単電池ユニットを80セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、図1に示したように、燃料電池スタックの側面の一つに、断面形状が矩形状の溝26が形成された。本実施例では、溝26を形成するための加工部27の深さ(d)および幅(w)を特定の値に固定したが、これ以外の値を選択することもでき、本発明が適応できるのであればどんな形状でもよい。さらに、使用するセパレータの形状に合わせて変更することもできる。
A fuel cell stack was manufactured by stacking 80 of the unit cell units. At this time, as shown in FIG. 1, a
(実施例2)
本実施例の燃料電池は図2の構成のものを使用した。単電池は、実施例1で使用したものと同じである。
(Example 2)
The fuel cell of this example used had the configuration shown in FIG. The unit cells are the same as those used in Example 1.
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ(18cm角、厚さ3mm)20と30で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ20には気密性を確保するためのOリング24を填め込んだ。また、このセパレータ20の対向する側面には、図18(b)に27で示すように、深さ(d)0.6mm、幅(w)2mmの削り加工が施してある。
This single cell was sandwiched between airtight carbon separators (18 cm square, 3 mm thick) 20 and 30 to produce a single cell unit. The
この単電池ユニットを80セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、図2に示したように、燃料電池スタックの対向する2側面に、断面形状が矩形状の溝26が形成された。
A fuel cell stack was manufactured by stacking 80 of the unit cell units. At this time, as shown in FIG. 2,
(実施例3)
本実施例の燃料電池は図3の構成で、2側面に溝26Aを有するものを使用した。単電池は、実施例1で使用したものと同じである。
(Example 3)
The fuel cell of this embodiment has the configuration shown in FIG. 3 and has
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ(18cm角、厚さ3mm)20と30で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ20と30の対向する2側面には、図18(c)に28で示すように、深さ(d)0.6mm、幅(w)2mmの削り加工が施してある。
This single cell was sandwiched between airtight carbon separators (18 cm square, 3 mm thick) 20 and 30 to produce a single cell unit. The opposite two side surfaces of the
この単電池ユニットを80セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、燃料電池スタックの対向する2側面に、断面形状が矩形状の溝26Aが形成されている。
A fuel cell stack was manufactured by stacking 80 of the unit cell units. At this time, a
(実施例4)
本実施例の燃料電池は図4の構成で、2側面に溝26Bを有するのものを使用した。単電池は、実施例1で使用したものと同じものである。
(Example 4)
The fuel cell of the present embodiment has a configuration shown in FIG. 4 and has
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ(18cm角、厚さ3mm)20と30で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ20および30の対向する2側面には、図19(a)および(b)にそれぞれ27Cおよび28Cで示すように、高さ(h)0.8mm、幅(w)2mm、角度(θ)45°の面取り加工を施した。
This single cell was sandwiched between airtight carbon separators (18 cm square, 3 mm thick) 20 and 30 to produce a single cell unit. As shown by 27C and 28C in FIGS. 19 (a) and (b), respectively, two opposite side surfaces of the
この単電池ユニットを80セル積層して燃料電池スタックを作製した。 A fuel cell stack was manufactured by stacking 80 of the unit cell units.
本実施例では、面取り加工部27C、28Cの高さ(h)、幅(w)、および角度(θ)を特定の値に固定したが、これ以外の値を選択することもできる。さらに対向する2側面の形状が本実施例では同じものを用いたが、別々の形状であってもよい。また、セパレータ20と30で形状が異なるものを用いてもよい。さらに、使用するセパレータの形状に合わせて溝部の形状を変更することもできる。また、本実施例では加工を行う側面は2面だけであったが、4面全面でも良く、セパレータ形状が4角形以上のものであればそれぞれの側面に加工してもよい。
In the present embodiment, the height (h), width (w), and angle (θ) of the chamfered
(実施例5)
本実施例の燃料電池は図4におけるくさび形の溝26Bの代わりに図5に示すようにR加工した溝26Cを有する構成のものを使用した。その溝部は、セパレータ20および30に、図20(a)および(b)に27Dおよび28Dで示すように、R=1.5mmの面取り加工を施すことにより形成した。この他の構成は実施例4と同じである。
(Example 5)
The fuel cell of this embodiment has a configuration having a
(実施例6)
本実施例の燃料電池は図5に示すように、実施例5と同様の溝26Cを単電池2個毎に形成した。この他の構成は実施例5と同じである。
(Example 6)
As shown in FIG. 5, in the fuel cell of the present embodiment, a
(実施例7)
本実施例の燃料電池は図6の構成のものを使用した。すなわち、単電池2個毎に冷却部を有し、冷却部を有する部分に溝26Cを有する。この他の構成は実施例1と同じである。
(Example 7)
The fuel cell of this example used had the configuration shown in FIG. That is, a cooling unit is provided for every two unit cells, and the groove having the cooling unit is provided in the portion having the cooling unit. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
(実施例8)
本実施例では、実施例5の燃料電池を用いて、図11〜図16に示す方法で電池ユニットの交換を行った。
(Example 8)
In the present embodiment, the fuel cell of the fifth embodiment was used to replace the battery unit by the method shown in FIGS.
まず、図11のように、不良単電池ユニット50とその上部に位置する単電池ユニット51の間に、図21に示すような高さ(h)50mm、底辺幅(w)20mm、長さ(L)200mmのくさび形の交換用治具60を挿入し、不良単電池ユニット50の上部の単電池ユニット51および52を図12のように取り外した。次に、図13に示すように、不良単電池ユニット50の下部に交換用治具60を挿入し、不良単電池ユニット50を取り外した(図14)。その後、あらかじめ準備しておいた交換用の単電池ユニット53を図15のよう設置し、最後に図16に示すように単電池ユニット51および52を元に戻して再度燃料電池を構成した。
First, as shown in FIG. 11, a height (h) of 50 mm, a bottom width (w) of 20 mm, and a length ( L) A 200 mm wedge-shaped
この交換作業において、交換用治具60を挿入する時には、溝26Cから簡単に挿入することができた。また、セパレータに破損等は認められなかった。比較のために、従来の溝を有しない燃料電池の隣接するセパレータ間に、本実施例で使用した交換用治具60を挿入しようと試みたが、セパレータ間に隙間がほとんどないため挿入することができなかった。そこで、交換用治具60の材質を金属製に変えた同形状の交換用治具で挿入を試みた。この時は何とか挿入することはできたものの、挿入時にセパレータ側面が欠けたり、ひび割れたりして、セパレータが破損した。
In this replacement work, when the
次に、実施例1〜4の燃料電池についても同様の交換を行ったところ、問題なく電池の交換を行うことができた。さらに、実施例6および7の燃料電池でも単電池2個毎の燃料電池ユニットで、問題なく電池交換ができることが確認された。 Next, when the same replacement was performed for the fuel cells of Examples 1 to 4, the replacement of the fuel cells could be performed without any problem. Further, it was confirmed that the fuel cells of Examples 6 and 7 could be replaced without any problem with the fuel cell unit for every two cells.
なお、本実施例では、交換用治具が材質に樹脂製や金属製のものを用いたが、これ以外のセラミック材料などを用いることもできる。さらに形状については、くさび形のものを用いたが、これ以外のシート状、薄板状のものでもよく、大きさも本実施例に限るものではない。 In this embodiment, the replacement jig is made of resin or metal, but other ceramic materials can be used. Further, the shape used was a wedge shape, but other shapes such as a sheet shape and a thin plate shape may be used, and the size is not limited to this embodiment.
さらに、本実施例では、交換用治具の長さ(L)は、200mmであり、交換用治具の長さ(L)よりも長いものを用いた。このように交換用治具の長さ(L)がセパレータの一辺の長さより長い場合には、最も容易に電池交換を行うことが出来るが、これに限らない。セパレータの一辺の長さと同じ長さ(L)を有する交換用治具を用いても上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。また、セパレータの一辺の長さより多少短い長さ(L)を有する交換用治具を用いても上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。ただし、セパレータの一辺の長さの例えば20分の1以下の長さ(L)など極端に短い長さ(L)を有するような交換用治具を用いた場合には、セパレータの溝に交換用治具を挿入する際に、セパレータに局所的に力が加わるために、電池交換の際にセパレータ側面が破損しやすくなるので、注意を要する。 Further, in this example, the length (L) of the replacement jig was 200 mm, and was longer than the length (L) of the replacement jig. When the length (L) of the replacement jig is longer than the length of one side of the separator, battery replacement can be performed most easily, but not limited to this. Even when a replacement jig having the same length (L) as the length of one side of the separator is used, the battery can be easily replaced in the same manner as in the above embodiment. Further, even if a replacement jig having a length (L) slightly shorter than the length of one side of the separator can be used, the battery can be easily replaced as in the above embodiment. However, when a replacement jig having an extremely short length (L), such as a length (L) of not more than 1/20 of one side of the separator, is used, it is necessary to replace the jig with the separator groove. Care must be taken because, when the jig is inserted, a local force is applied to the separator, and the separator side surface is likely to be damaged when the battery is replaced.
さらに、図13(a)や図13(b)のようにセパレータの一辺の一部のみまたはセパレータの複数の辺のそれぞれ一部のみに溝が設けられている場合には、それぞれの溝の長さより短い長さ(L)を有する交換用治具を用いることにより、上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。 Further, when grooves are provided only on a part of one side of the separator or on only a part of each of a plurality of sides of the separator as shown in FIGS. By using a replacement jig having a shorter length (L), battery replacement can be performed easily as in the above embodiment.
(実施例9)
本実施例では、実施例4の燃料電池について、図17の固定用治具61を用いて電池の交換を行った。
(Example 9)
In the present embodiment, the replacement of the fuel cell of
交換方法は、最初に燃料電池を固定用治具61で図17のように固定した以外は実施例8と同様である。この時、燃料電池を固定したため、交換用治具の挿入がより簡便化されるとともに、交換作業時に正常な電池ユニットが位置ずれを起こしたりすることが無くなった。
The replacement method is the same as that of the eighth embodiment except that the fuel cell is first fixed by the fixing
本発明に係る燃料電池およびその分解方法は、非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易であるという効果を有し、ポータブル電源、電気自動車電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池、及びその分解方法に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The fuel cell and the disassembly method according to the present invention have an effect that a defective cell can be easily replaced only by processing into a separator having a very simple configuration. It is useful for a fuel cell used in a cogeneration system and the like and a decomposition method thereof.
1 高分子電解質膜
2 触媒層
3 拡散層
4 電極
5 ガスケット
10 MEA
20、30 セパレータ
21、31 ガス流路
22、32 冷却水流路
24 Oリング
26、26A、26B、26C 溝
50 不良単電池ユニット
51、52 正常単電池ユニット
53 交換単電池ユニット
60 交換用治具
61 固定用治具
DESCRIPTION OF
20, 30
Claims (10)
前記複数個の単電池を構成する前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ及び/またはカソード側セパレータの側面一部には、分離用の溝が設けられている燃料電池。 An electrolyte membrane, a pair of electrodes sandwiching the electrolyte membrane, an anode separator provided on one of the electrodes and having a gas flow path for supplying a fuel gas, and a gas provided on the other of the electrodes and supplying an oxidizing gas A plurality of unit cells having a cathode-side separator having a flow path, comprising a plurality of unit cells are stacked fuel cells,
At least a part of the anode-side separator and / or the cathode-side separator among the anode-side separator and the cathode-side separator constituting the plurality of unit cells is provided with a separating groove. Fuel cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004138954A JP2004363093A (en) | 2003-05-13 | 2004-05-07 | Fuel cell and its disassembly method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003134006 | 2003-05-13 | ||
| JP2004138954A JP2004363093A (en) | 2003-05-13 | 2004-05-07 | Fuel cell and its disassembly method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004363093A true JP2004363093A (en) | 2004-12-24 |
Family
ID=34067156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004138954A Withdrawn JP2004363093A (en) | 2003-05-13 | 2004-05-07 | Fuel cell and its disassembly method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004363093A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166624A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-23 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, decomposition method thereof and separator thereof |
-
2004
- 2004-05-07 JP JP2004138954A patent/JP2004363093A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166624A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-23 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, decomposition method thereof and separator thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5684665B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP5234446B2 (en) | Structure to improve stackability of metal separator for fuel cell stack | |
| US7763393B2 (en) | Fuel cell having electrode channel member with comb-teeth shape | |
| EP2732499B1 (en) | Sofc stack with temperature adapted compression force means | |
| US7531265B2 (en) | Fuel cell | |
| JP5011627B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2014049383A (en) | Fuel cell stack | |
| US7311990B2 (en) | Form-in-place fastening for fuel cell assemblies | |
| CN100355135C (en) | Fuel cell and decomposing method thereof | |
| US20050186459A1 (en) | Fuel cell | |
| KR20040004071A (en) | Polymer electrolyte fuel cell and production method of separator plate thereof | |
| JP4634737B2 (en) | Fuel cell stack | |
| US7645537B2 (en) | Multi-cell fuel cell layer and system | |
| JP4773055B2 (en) | FUEL CELL STACK, SEPARATOR INTERMEDIATE AND SEPARATOR MANUFACTURING METHOD | |
| JP2023080459A (en) | Electrochemical reaction cell stack | |
| JP6702585B2 (en) | Flat electrochemical cell stack | |
| US9595722B2 (en) | Fuel cell plate and fuel cell | |
| US20060046131A1 (en) | Fuel cell apparatus improvements | |
| KR100808028B1 (en) | Equivalent large area fuel cell with flat array of cells and compression seal for use | |
| JP2004363093A (en) | Fuel cell and its disassembly method | |
| JP5366793B2 (en) | Fuel cell system | |
| JPH06333582A (en) | Solid polyelectrolyte fuel cell | |
| US20200099065A1 (en) | Electrochemical reaction cell stack, interconnector-electrochemical reaction unit cell composite, and method for manufacturing electrochemical reaction cell stack | |
| JP2005116378A (en) | Positioning structure of fuel cell | |
| US20240097152A1 (en) | Electrochemical device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070326 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20081017 |