[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2008153130A - Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same - Google Patents

Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same Download PDF

Info

Publication number
JP2008153130A
JP2008153130A JP2006341742A JP2006341742A JP2008153130A JP 2008153130 A JP2008153130 A JP 2008153130A JP 2006341742 A JP2006341742 A JP 2006341742A JP 2006341742 A JP2006341742 A JP 2006341742A JP 2008153130 A JP2008153130 A JP 2008153130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
frame
base material
cell
manifold
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.)
Pending
Application number
JP2006341742A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumihiko Inui
文彦 乾
Hironori Noto
博則 能登
博 ▲高▼松
Hiroshi Takamatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006341742A priority Critical patent/JP2008153130A/en
Publication of JP2008153130A publication Critical patent/JP2008153130A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】セルの面方向の熱伝導率を向上させたり、冷却水の昇温による熱を利用する等して、マニホルド部の温度を速やかに上昇させ、セル面内の温度差を緩和することが可能な燃料電池用単セル及びこれを備えた燃料電池を提供する。
【解決手段】電解質の一方の面にアノード電極14が配けられ、他方の面にカソード電極17が配けられたMEA10の両側に配設された枠状部材21及び22と、枠状部材21及び22のMEA10と対向する面とは反対側の面に配設されたセパレータ23及び24を備え、枠状部材21及び22は、基材により形成されている基材部101と、基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部102とを備えてなる。
【選択図】図4
[PROBLEMS] To quickly increase the temperature of a manifold section by relaxing the thermal conductivity in the cell surface direction or using heat generated by cooling water to reduce the temperature difference in the cell surface. A fuel cell unit cell and a fuel cell including the same are provided.
SOLUTION: Frame members 21 and 22 disposed on both sides of an MEA 10 having an anode electrode 14 disposed on one surface of the electrolyte and a cathode electrode 17 disposed on the other surface; And 22 are provided with separators 23 and 24 disposed on the surface opposite to the surface facing the MEA 10, and the frame-shaped members 21 and 22 are formed of a base material portion 101 formed of a base material and a base material. And a high thermal conductivity portion 102 formed of a thermal conductive material having a high thermal conductivity.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、燃料電池用単セル及びこれを備えた燃料電池の改良に関する。   The present invention relates to an improvement in a single cell for a fuel cell and a fuel cell including the same.

従来から、一般的な燃料電池として、例えば、電解質膜と、該電解質膜の一方の面に配置されたアノード電極と、他方の面に配置されたカソード電極と、を有する膜−電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly、以下、単に「MEA」という)の両側に、枠状部材を介してセパレータを配設した構造を備えた単セルを構成し、この単セルを積層してなるセル積層体の当該単セルの積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、プレッシャプレート及びエンドプレート等を配置してスタックを構成し、スタックをセル積層方向に締め付けて固定したものがある。(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a general fuel cell, for example, a membrane-electrode assembly having an electrolyte membrane, an anode electrode disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode disposed on the other surface ( A cell stack comprising a single cell having a structure in which separators are disposed on both sides of an MEA (Membrane Electrode Assembly, hereinafter simply referred to as “MEA”) via a frame-shaped member, and the single cells are stacked. A stack is formed by arranging terminals, insulators, pressure plates, end plates and the like at both ends of the single cell in the stacking direction, and the stack is fastened and fixed in the cell stacking direction. (For example, refer to Patent Document 1).

このような燃料電池では、セルの面方向の熱伝導率が悪く、例えば、氷点下からの急速暖機運転等により、冷却水が昇温した際に、マニホルド部の温度が上昇し難く、セル面内の温度差が大きくなる。このため、マニホルド内に氷が形成されていた場合、マニホルド内に形成されている氷が溶けにくい。ここで、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇すると、セパレータの冷却水が流通する領域(MEAの発電部に対応する領域)が、この熱により膨張することがあるが、マニホルド内に氷が形成されていた場合、氷によってこの部分が拘束され、マニホルド部が膨張することが抑制される。このため、セルに反りが生じたり、氷が形成されている部分と、氷が形成されてない部分との界面に亀裂が生じやすくなり、仮に亀裂が生じると、ここからガスが漏れる虞もある。この現象は、特にメタルセパレータを使用した場合に顕著に表れる。   In such a fuel cell, the thermal conductivity in the cell surface direction is poor, for example, when the temperature of the cooling water rises due to rapid warm-up operation from below freezing point, etc., the temperature of the manifold part is difficult to rise. The temperature difference inside increases. For this reason, when ice is formed in the manifold, the ice formed in the manifold is difficult to melt. Here, when the temperature of the stack rises rapidly due to rapid warm-up operation or the like, the region where the separator cooling water flows (region corresponding to the power generation unit of the MEA) may expand due to this heat. When this is formed, this portion is restrained by ice, and expansion of the manifold portion is suppressed. For this reason, the cell is warped or cracks are likely to occur at the interface between the part where ice is formed and the part where ice is not formed, and if there is a crack, gas may leak from here. . This phenomenon is particularly noticeable when a metal separator is used.

さらにまた、燃料電池で使用されるセパレータは、通常、MEAの発電部に対応する領域にガス流路が形成されており、その両側にマニホルド部が形成されている。このため、MEAの発電部に対応する領域は、前記ガス流路の存在により断面二次モーメントが大きくなるため、曲げ剛性が高くなるが、マニホルド部が形成されている領域は、MEAの発電部に対応する領域に比べ、凹凸(エンボス)形状が少なく且つマニホルドが開口されているため、曲げ剛性が低くなり、反りやすくなる。   Furthermore, in a separator used in a fuel cell, a gas flow path is usually formed in a region corresponding to the power generation unit of the MEA, and manifold portions are formed on both sides thereof. For this reason, the region corresponding to the power generation unit of the MEA has a higher bending rigidity because the second moment is increased due to the presence of the gas flow path, but the region where the manifold portion is formed is the region where the manifold portion is formed. Compared with the region corresponding to, the unevenness (embossed) shape is less and the manifold is opened, so that the bending rigidity is lowered and the warp is likely to occur.

そしてまた、セルの各部材間をシールするガスケットは、通常、ゴム材から構成されており、近年では、耐酸性を向上させる目的で、例えば、フッ素ゴム、EPDM等が使用されているが、これらの材料は、氷点下での応力緩和が大きく、弾性も低下する。したがって、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇し、その熱による膨張が生じ、前記部材間のクリアランスが拡大した場合に、このクリアランスの変化に対する追従性等が悪くなり、シール性が低下する虞もある。   In addition, the gasket for sealing between each member of the cell is usually made of a rubber material, and recently, for the purpose of improving acid resistance, for example, fluorine rubber, EPDM, etc. are used. This material has a large stress relaxation below freezing point, and the elasticity is also lowered. Therefore, for example, when the temperature of the stack rapidly rises due to rapid warm-up operation or the like, expansion due to the heat occurs, and the clearance between the members expands, the followability to the change in the clearance is deteriorated, and the sealing performance is deteriorated. There is also a risk of lowering.

一方、強度並びに寸法安定性を向上させることが可能な燃料電池用セパレータとして、セパレータのうち、MEAの発電部に対応する領域を導電性領域とし、当該導電性領域以外を絶縁性樹脂領域とすることで、セパレータと電極との接触点の面内均一性を向上し、高電流密度で出力した際にも高電圧が得られるようしにしたものが紹介されている。この燃料電池用セパレータでは、前記絶縁性樹脂領域を、絶縁性樹脂にフィラーを添加した樹脂組成物から形成することで、セパレータの強度並びに寸法安定性を向上させている。(例えば、特許文献2参照)。   On the other hand, as a separator for a fuel cell capable of improving strength and dimensional stability, a region corresponding to the power generation unit of the MEA is a conductive region, and an insulating resin region is other than the conductive region. Thus, it has been introduced that the in-plane uniformity of the contact point between the separator and the electrode is improved so that a high voltage can be obtained even when output at a high current density. In this fuel cell separator, the strength and dimensional stability of the separator are improved by forming the insulating resin region from a resin composition obtained by adding a filler to an insulating resin. (For example, refer to Patent Document 2).

また、流路及びマニホルドを形成したセパレータ基板と、2枚のフレームとにより、セパレータを構成した固体高分子形燃料電池も紹介されている。この固体高分子形燃料電池では、樹脂層をゴム層で挟んだ三層構造を有するフレームを用いることで、ガスシール性を向上させている。(例えば、特許文献3参照)。   In addition, a polymer electrolyte fuel cell in which a separator is formed by a separator substrate in which a flow path and a manifold are formed and two frames is also introduced. In this polymer electrolyte fuel cell, the gas sealability is improved by using a frame having a three-layer structure in which a resin layer is sandwiched between rubber layers. (For example, refer to Patent Document 3).

そしてまた、金属板を樹脂でコーティングした構成を備えたセパレータや、金属繊維や炭素繊維を含有した樹脂から構成されたセパレータ、金属板を樹脂薄膜層と黒鉛材層とで挟持した積層材料からなるセパレータ、マニホルド周辺に剛性を有するリング状スペーサを挿入したセパレータ、マニホルドの内側に剛性材料を被覆してなるセパレータ等が紹介されている。(例えば、特許文献4〜8参照)。
特開2006−19204号公報 特開2002−358982号公報 特開2004−165043号公報 特開2005−149749号公報 特開2006−49878号公報 特開2003−217611号公報 特開平7−201353号公報 特開2005−243324号公報
In addition, a separator having a structure in which a metal plate is coated with a resin, a separator made of a resin containing metal fibers or carbon fibers, and a laminated material in which the metal plate is sandwiched between a resin thin film layer and a graphite material layer. A separator, a separator in which a ring-shaped spacer having rigidity is inserted around the manifold, and a separator in which a rigid material is coated inside the manifold are introduced. (For example, see Patent Documents 4 to 8).
JP 2006-19204 A JP 2002-358882 A JP 2004-165043 A JP 2005-149749 A JP 2006-49878 A JP 2003-217611 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-201353 JP 2005-243324 A

しかしながら、特許文献2に記載された燃料電池用セパレータは、MEAの発電部に対応する領域を導電性領域とし、当該導電性領域以外を絶縁性樹脂領域としたものであり、MEAの両側に、枠状部材を介してセパレータを配設した構造は備えていない。また、セルの面方向の熱伝導率を向上させたり、冷却水の昇温による熱を利用する等して、マニホルド部の温度を速やかに上昇させ、セル面内の温度差を緩和することについては、何ら言及されておらず、その発想すら開示されていない。   However, the fuel cell separator described in Patent Document 2 has a region corresponding to the power generation part of the MEA as a conductive region, and other than the conductive region as an insulating resin region, on both sides of the MEA, There is no structure in which a separator is disposed via a frame-shaped member. In addition, to improve the thermal conductivity in the surface direction of the cell, or to use the heat generated by the temperature rise of the cooling water, etc., to quickly increase the temperature of the manifold part, to alleviate the temperature difference in the cell surface Is not mentioned at all, and even its idea is not disclosed.

また、特許文献3に記載された固体高分子形燃料電池は、樹脂層をゴム層で挟んだ三層構造を有するフレームを用いているが、当該ゴム層はガスケットを構成するものであり、セルの面方向の熱伝導率を向上させたり、冷却水の昇温による熱を利用する等して、マニホルド部の温度を速やかに上昇させ、セル面内の温度差を緩和することについては、何ら言及されておらず、その発想すら開示されていない。   Further, the polymer electrolyte fuel cell described in Patent Document 3 uses a frame having a three-layer structure in which a resin layer is sandwiched between rubber layers, and the rubber layer constitutes a gasket, and the cell For example, to improve the thermal conductivity in the surface direction of the liquid or to increase the temperature of the manifold part quickly by using heat generated by increasing the temperature of the cooling water, etc., to alleviate the temperature difference in the cell plane. It is not mentioned and even the idea is not disclosed.

さらにまた、特許文献4〜8も同様に、セルの面方向の熱伝導率を向上させたり、冷却水の昇温による熱を利用する等して、マニホルド部の温度を速やかに上昇させ、セル面内の温度差を緩和することについては、何ら言及されておらず、その発想すら開示されていない。   Furthermore, Patent Documents 4 to 8 similarly increase the temperature of the manifold part quickly by improving the thermal conductivity in the surface direction of the cell or using the heat generated by raising the temperature of the cooling water. There is no mention of mitigating the in-plane temperature difference, and no idea is disclosed.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、マニホルド部の温度を速やかに上昇させ、セル面内の温度差を緩和することが可能な燃料電池用単セル及びこれを備えた燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a single cell for a fuel cell capable of quickly increasing the temperature of the manifold portion and alleviating the temperature difference in the cell plane, and a fuel including the same. An object is to provide a battery.

この目的を達成するため本発明は、電解質の一方の面にアノード電極が配けられ、他方の面にカソード電極が配けられた電解質−電極接合体と、当該電解質−電極接合体の両側に配設された枠状部材と、当該各々の枠状部材の当該電解質−電極接合体と対向する面とは反対側の面に配設されたセパレータと、を備えてなる燃料電池用単セルであって、前記枠状部材は、基材により形成されている基材部と、前記基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部とを備えてなる燃料電池用単セルを提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention provides an electrolyte-electrode assembly in which an anode electrode is disposed on one surface of an electrolyte and a cathode electrode is disposed on the other surface, and on both sides of the electrolyte-electrode assembly. A single cell for a fuel cell comprising: a frame member disposed; and a separator disposed on a surface of each frame member opposite to the surface facing the electrolyte-electrode assembly. The frame-shaped member includes a base material portion formed of a base material and a high heat conductive portion formed of a heat conductive material having a higher heat conductivity than the base material. A single cell is provided.

この構成を備えた燃料電池用単セルは、枠状部材が、基材により形成されている基材部と、当該基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部とを備えているため、基材のみで形成されている従来の枠状部材に比べ、熱伝導性を向上させることができる。したがって、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇した際にセル発電部で発生する熱を、セルの低温部分に効率よく伝えることができ、セル面内の温度差を速やかに緩和する(温度差を少なくする)ことができる。   The fuel cell single cell having this configuration has a high thermal conductivity in which the frame-shaped member is formed of a base material portion formed of a base material and a heat conductive material having a higher thermal conductivity than the base material. Therefore, compared with the conventional frame-shaped member formed only with the base material, the thermal conductivity can be improved. Therefore, for example, when the stack temperature suddenly rises due to rapid warm-up operation, etc., the heat generated in the cell power generation section can be efficiently transferred to the low temperature portion of the cell, and the temperature difference in the cell plane can be quickly mitigated. (The temperature difference can be reduced).

また、前記目的を達成するため本発明は、電解質の一方の面にアノード電極が配けられ、他方の面にカソード電極が配けられた電解質−電極接合体と、当該電解質−電極接合体の両側に配設された枠状部材と、当該各々の枠状部材の当該電解質−電極接合体と対向する面とは反対側の面に配設されたセパレータと、を備えてなる燃料電池用単セルであって、前記枠状部材は、基材により形成されている基材部と、当該基材部によって画定されてなる密閉空間とを備えてなり、当該密閉空間内に低沸点材料が封入されてなる燃料電池用単セルを提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides an electrolyte-electrode assembly in which an anode electrode is disposed on one surface of an electrolyte and a cathode electrode is disposed on the other surface, and the electrolyte-electrode assembly. A fuel cell unit comprising: a frame-shaped member disposed on each side; and a separator disposed on a surface of each frame-shaped member opposite to the surface facing the electrolyte-electrode assembly. The cell-shaped member includes a base material portion formed of a base material and a sealed space defined by the base material portion, and a low-boiling point material is enclosed in the sealed space. A fuel cell unit cell is provided.

この構成を備えた燃料電池用単セルは、枠状部材が、基材により形成されている基材部によって画定されてなる密閉空間内に、低沸点材料が封入された構成を備えているため、セルの温度が低温であっても、前記低沸点材料を気化させ、この気化潜熱によって、セルの低温部分の温度を上昇させることができ、セル面内の温度差を速やかに緩和する(温度差を少なくする)ことができる。すなわち、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇した際にセル発電部で発生する熱により、前記低沸点材料を気化させ、この気化潜熱によって、セルの低温部分の温度を効率よく上昇させ、セル面内の温度差を速やかに緩和することができる。   The fuel cell single cell having this configuration has a configuration in which the low-boiling point material is enclosed in a sealed space in which the frame-shaped member is defined by the base material portion formed of the base material. Even if the temperature of the cell is low, the low boiling point material can be vaporized and the temperature of the low temperature portion of the cell can be increased by this latent heat of vaporization, and the temperature difference in the cell plane can be quickly relaxed (temperature (To reduce the difference). That is, for example, when the temperature of the stack rapidly rises due to rapid warm-up operation, the low boiling point material is vaporized by the heat generated in the cell power generation unit, and the temperature of the low temperature part of the cell is efficiently increased by this latent heat of vaporization. Thus, the temperature difference in the cell plane can be quickly alleviated.

また、本発明にかかる燃料電池用単セルは、枠状部材が、基材により形成されている基材部によって画定されてなる密閉空間内に、低沸点材料が封入された構成に加え、当該基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部をさらに備えることもできる。この構成の場合、高熱伝導部は、前記基材部の中に配設されていてもよく、密閉空間内に配設されていてもよい。このようにすることで、前述した気化潜熱によりセルの低温部分の温度を上昇させる機能と、セル発電部で発生する熱を、セルの低温部分に効率よく伝える機能の両方を備えることができるため、セル面内の温度差を、さらに速やかに緩和することができる。   In addition, the single cell for a fuel cell according to the present invention has a structure in which a low-boiling point material is enclosed in a sealed space in which a frame-shaped member is defined by a base material portion formed of a base material. A high heat conduction part formed of a heat conductive material having a heat conductivity higher than that of the base material can be further provided. In the case of this configuration, the high thermal conductivity portion may be disposed in the base material portion or may be disposed in a sealed space. By doing so, it is possible to have both the function of increasing the temperature of the low temperature part of the cell by the latent heat of vaporization and the function of efficiently transferring the heat generated in the cell power generation unit to the low temperature part of the cell. The temperature difference in the cell plane can be alleviated more quickly.

前記高熱伝導部は、枠状部材を主に構成する基材よりも熱伝導率が高い材料であり、且つ、燃料電池の機能に支承を来すことがない材料で形成されていれば、特にその材料は限定されるものではないが、例えば、炭素粒子を含む材料、あるいは炭素粒子から形成することができる。また、前記高熱伝導部は、前記基材部に点在してもよく、基材部内に分散されていてもよい。そしてまた、前記基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料は、前記基材よりも剛性が高い材料から選択することもできる。このようにすることで、前記利点に加え、枠状部材の剛性も向上させることができる。   The high thermal conductivity portion is a material having a higher thermal conductivity than the base material mainly constituting the frame-shaped member, and if it is formed of a material that does not support the function of the fuel cell. Although the material is not limited, it can be formed from, for example, a material containing carbon particles or carbon particles. Moreover, the said high heat conductive part may be scattered in the said base material part, and may be disperse | distributed in the base material part. And the heat conductive material whose heat conductivity is higher than the said base material can also be selected from the material whose rigidity is higher than the said base material. By doing in this way, in addition to the said advantage, the rigidity of a frame-shaped member can also be improved.

そしてまた、前記枠状部材にマニホルドが形成されている場合は、少なくとも当該マニホルドの外周部に前記高熱伝導部を配設することもできる。このようにすることで、セルにおいて、特に温度が低い領域であるマニホルド部の熱伝導性を向上させることができるため、セル面内の温度差を、さらに速やかに効率よく緩和することができる。   And when the manifold is formed in the said frame-shaped member, the said high heat conduction part can also be arrange | positioned at the outer peripheral part of the said manifold at least. By doing in this way, in the cell, since the thermal conductivity of the manifold part, which is a particularly low temperature region, can be improved, the temperature difference in the cell plane can be alleviated more quickly and efficiently.

また、前記枠状部材にマニホルドが形成されている場合は、少なくとも当該マニホルドの外周部に前記密閉空間を形成することもできる。このようにすることで、前述した気化潜熱により、特に温度が低い領域であるマニホルド部の温度を上昇させることができるため、セル面内の温度差を、さらに速やかに効率よく緩和することができる。   Moreover, when the manifold is formed in the said frame-shaped member, the said sealed space can also be formed in the outer peripheral part of the said manifold at least. In this way, the temperature of the manifold portion, which is a particularly low temperature region, can be raised by the above-described latent heat of vaporization, so that the temperature difference in the cell plane can be alleviated more quickly and efficiently. .

さらにまた、前記枠状部材は、前記基材よりも剛性が高い材料で形成されている高剛性部をさらに備えることもできる。このようにすることで、前記利点に加え、枠状部材の剛性を向上させることができる。また、この構成の場合、前記高剛性部は、少なくともマニホルドの外周部に形成することができる。このようにすることで、セルのうち、曲げ剛性が低く反りやすい領域であるマニホルド部の剛性を向上させることができる。また、この高剛性部は、例えば、枠状部材の内側に挿入(インサート)された金属板から構成することもできる。   Furthermore, the frame-shaped member can further include a high-rigidity portion formed of a material having higher rigidity than the base material. By doing in this way, in addition to the said advantage, the rigidity of a frame-shaped member can be improved. In this configuration, the high-rigidity portion can be formed at least on the outer periphery of the manifold. By doing in this way, the rigidity of the manifold part which is an area | region where bending rigidity is low and is easy to warp among cells can be improved. Moreover, this highly rigid part can also be comprised from the metal plate inserted (insert) inside the frame-shaped member, for example.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池用単セルは、前記密閉空間内に多孔性部材を封入することもできる。このようにすることで、前記密閉空間内に封入されている低沸点材料の形状を、多孔性部材によって維持させることができる。また、多孔性部材によって、前記気化潜熱を効率よく分散させることができ、セル面内の温度差を、さらに速やかに効率よく緩和することができる。さらにまた、前記多孔性部材は、前記密閉空間内に複数封入することが好ましい。   The fuel cell single cell according to the present invention can also enclose a porous member in the sealed space. By doing in this way, the shape of the low boiling point material enclosed in the sealed space can be maintained by the porous member. Further, the latent heat of vaporization can be efficiently dispersed by the porous member, and the temperature difference in the cell plane can be alleviated more quickly and efficiently. Furthermore, it is preferable that a plurality of the porous members are enclosed in the sealed space.

なお、前記低沸点材料としては、セル発電部で発生する熱により気化潜熱を発生可能な材料を用いることができ、例えば、沸点が−20℃以上、0℃以下のものを使用することができる。低沸点材料として、このような材料を選択することで、例えば、マニホルド内に氷が形成されることを抑制でき、仮に氷が形成されていたとしても、セル発電部で発生する熱により効率よく気化潜熱を発生させ、当該氷を速やかに効率よく除去することができる。   As the low boiling point material, a material capable of generating latent heat of vaporization by heat generated in the cell power generation unit can be used. For example, a material having a boiling point of −20 ° C. or higher and 0 ° C. or lower can be used. . By selecting such a material as the low boiling point material, for example, it is possible to suppress the formation of ice in the manifold, and even if ice is formed, it is more efficient due to the heat generated in the cell power generation unit. By generating latent heat of vaporization, the ice can be removed quickly and efficiently.

また、前記多孔性部材は、前記基材よりも熱伝導率が高い材料から構成することもできる。このようにすることで、前記利点に加え、枠状部材の熱伝導性も向上することができ、セル面内の温度差をより一層速やかに緩和することができる。さらにまた、前記多孔性部材は、前記基材よりも剛性が高い材料から構成することもできる。このように構成することで、前記利点に加え、枠状部材の剛性も向上させることができる。   In addition, the porous member can be made of a material having a higher thermal conductivity than the base material. By doing in this way, in addition to the said advantage, the thermal conductivity of a frame-shaped member can also be improved and the temperature difference in a cell surface can be relieve | moderated more rapidly. Furthermore, the porous member can be made of a material having higher rigidity than the base material. By comprising in this way, in addition to the said advantage, the rigidity of a frame-shaped member can also be improved.

そしてまた、本発明は、前述した本発明にかかる燃料電池用単セルを備えてなる燃料電池を提供するものである。この構成を備えた燃料電池は、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇した際であっても、セル面内の温度差を速やかに緩和することができる。   The present invention also provides a fuel cell comprising the fuel cell unit cell according to the present invention described above. A fuel cell having this configuration can quickly relieve the temperature difference in the cell plane even when the temperature of the stack suddenly rises due to rapid warm-up operation or the like.

本発明にかかる燃料電池用単セルは、枠状部材が、基材により形成されている基材部と、当該基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部とを備え構成されているため、熱伝導性を向上させることができ、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇した際にセル発電部で発生する熱を、セルの低温部分に効率よく伝えることができる。このため、セル面内の温度差を速やかに緩和することができ、セル面内の温度差によりセルが反ることを抑制することができる。また、マニホルドの周辺に配設されたガスケットの特性を改善することができ、シール性を向上することもできる。この結果、高性能で信頼性の高い燃料電池用単セルを提供することができる。   The single cell for a fuel cell according to the present invention has a frame-shaped member made of a base material portion and a high thermal conductivity portion made of a heat conductive material having a higher thermal conductivity than the base material. The thermal conductivity can be improved, for example, the heat generated in the cell power generation unit when the temperature of the stack rises rapidly during rapid warm-up operation, etc. I can tell you well. For this reason, the temperature difference in a cell surface can be relieved rapidly, and it can suppress that a cell warps by the temperature difference in a cell surface. Moreover, the characteristic of the gasket arrange | positioned around the manifold can be improved, and a sealing performance can also be improved. As a result, a single cell for a fuel cell with high performance and high reliability can be provided.

また、本発明にかかる燃料電池用単セルは、枠状部材が、基材により形成されている基材部によって画定されてなる密閉空間内に、低沸点材料が封入された構成を備えているため、セル内の温度が低温であったとしても、前記低沸点材料を気化させ、この気化潜熱によって、セルの低温部分の温度を上昇させることができる。このため、セル面内の温度差を速やかに緩和することができ、セル面内の温度差によりセルが反ることを抑制することができる。また、マニホルドの周辺に配設されたガスケットの特性を改善することができ、シール性を向上することもできる。この結果、高性能で信頼性の高い燃料電池用単セルを提供することができる。   In addition, the single cell for a fuel cell according to the present invention has a configuration in which a low-boiling point material is enclosed in a sealed space in which a frame-shaped member is defined by a base material portion formed of a base material. Therefore, even if the temperature in the cell is low, the low boiling point material can be vaporized, and the temperature of the low temperature portion of the cell can be increased by this latent heat of vaporization. For this reason, the temperature difference in a cell surface can be relieved rapidly, and it can suppress that a cell warps by the temperature difference in a cell surface. Moreover, the characteristic of the gasket arrange | positioned around the manifold can be improved, and a sealing performance can also be improved. As a result, a single cell for a fuel cell with high performance and high reliability can be provided.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池は、例えば、急速暖機運転等でスタックの温度が急上昇した際に、セル面内の温度差を速やかに緩和することができる。この結果、高性能で信頼性の高い燃料電池を提供することができる。   Moreover, the fuel cell according to the present invention can quickly relieve the temperature difference in the cell plane when the temperature of the stack rapidly rises due to, for example, rapid warm-up operation. As a result, a high-performance and highly reliable fuel cell can be provided.

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池用単セル及びこの単セルを備えた燃料電池について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Next, a single cell for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention and a fuel cell including the single cell will be described in detail with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

なお、以下に示す実施の形態1及び2で説明する燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池であり、例えば、燃料電池自動車等に搭載することができるが、自動車以外に用いられてもよい。   The fuel cells described in the following first and second embodiments are solid polymer electrolyte fuel cells, and can be mounted on, for example, a fuel cell vehicle, but may be used other than the vehicle. .

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用単セルの分解斜視図、図2は、図1に示す燃料電池用単セルの構成要素である枠状部材の平面図、図3は、図2に示すIII−III線に沿った拡大断面図、図4は、実施の形態1にかかる燃料電池用単セルの一部を示す断面図、図5は、実施の形態1にかかる燃料電池用単セルを備えた燃料電池のセル積層方向を上下方向とした姿勢での全体概略図である。なお、前記各図では、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、説明を判りやすくするため、実際のものとは一致させずに記載した。
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view of a unit cell for fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a frame-like member that is a component of the unit cell for fuel cell shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line III-III shown in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view showing a part of the unit cell for fuel cell according to the first embodiment, and FIG. It is the whole schematic figure in the posture which made the cell lamination direction of the fuel cell provided with the single cell for fuel cells the up-and-down direction. In each of the drawings, the thickness, size, enlargement / reduction ratio, etc. of each member are described without being in agreement with actual ones for easy understanding.

図1〜図5に示すように、実施の形態1にかかる単セル25は、MEA(膜−電極接合体)10と、MEA10の一方の面に配置された枠状部材21と、MEA10の他方の面に配設された枠状部材22と、枠状部材21のMEA10が配設されている側とは反対側の面に配設されたセパレータ23と、枠状部材22のMEA10が配設されている側とは反対側の面に配設されたセパレータ24と、を重ねて形成した構成を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 5, the single cell 25 according to the first embodiment includes an MEA (membrane-electrode assembly) 10, a frame-like member 21 disposed on one surface of the MEA 10, and the other of the MEA 10. A frame-shaped member 22 disposed on the surface of the frame-like member, a separator 23 disposed on the surface of the frame-shaped member 21 opposite to the side where the MEA 10 is disposed, and the MEA 10 of the frame-shaped member 22 disposed. And a separator 24 disposed on a surface opposite to the side on which it is formed.

MEA10は、イオン交換膜からなる電解質膜11と、電解質膜11の一方の面に配置されると共に、触媒層12及び拡散層13からなるアノード電極(燃料極)14と、電解質膜11の他方の面に配置されると共に、触媒層15及び拡散層16からなるカソード電極(酸化剤極)17とを備えて構成されている。   The MEA 10 is disposed on one surface of the electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, the electrolyte membrane 11, an anode electrode (fuel electrode) 14 made up of the catalyst layer 12 and the diffusion layer 13, and the other of the electrolyte membrane 11. The cathode electrode (oxidant electrode) 17 including the catalyst layer 15 and the diffusion layer 16 is provided on the surface.

枠状部材21は、MEA10のアノード電極14側に配設されており、枠状部材22は、MEA10のカソード電極17側に配設されている。この枠状部材21及び22は、MEA10の発電部がセパレータ23及び24に対し露出するように中抜きされており、その両側に、マニホルド部40A及び40Bが形成されている。マニホルド部40Aには、入り側の冷却水マニホルド41IN、出側の燃料ガスマニホルド42OUT、入り側の空気マニホルド43INが設けられている。一方、マニホルド部40Bには、出側の冷却水マニホルド41OUT、入り側の燃料ガスマニホルド42IN、出側の空気マニホルド43OUTが設けられている。また、枠状部材21及び22には、マニホルド部40A及び40Bと、セパレータ23及び24に各々形成されたガス流路部53及び54とを連通するガス流路連通部47が形成されている。 The frame-shaped member 21 is disposed on the anode electrode 14 side of the MEA 10, and the frame-shaped member 22 is disposed on the cathode electrode 17 side of the MEA 10. The frame-like members 21 and 22 are hollowed out so that the power generation part of the MEA 10 is exposed to the separators 23 and 24, and manifold parts 40A and 40B are formed on both sides thereof. The manifold section 40A is provided with an inlet side cooling water manifold 41 IN , an outlet side fuel gas manifold 42 OUT , and an inlet side air manifold 43 IN . On the other hand, the manifold section 40B is provided with an outlet side cooling water manifold 41 OUT , an inlet side fuel gas manifold 42 IN , and an outlet side air manifold 43 OUT . The frame-shaped members 21 and 22 are formed with gas flow passage communication portions 47 that communicate the manifold portions 40A and 40B with the gas flow passage portions 53 and 54 formed in the separators 23 and 24, respectively.

また、この枠状部材21及び22は、特に図3及び図4に示すように、マニホルド部40A及び40Bが、基材である樹脂から形成された基材部101と、基材部の中に点在し且つ基材よりも熱伝導率が高い材料からなる高熱伝導部102から形成されている。   In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, the frame-shaped members 21 and 22 include manifold parts 40A and 40B in which a base part 101 formed of resin as a base material and a base material part. It is formed from the high thermal conductivity portions 102 made of a material that is scattered and has a higher thermal conductivity than the base material.

なお、実施の形態1では、基材として樹脂を使用し、基材よりも熱伝導率が高い材料として、炭素粒子を使用した。この枠状部材21及び22は、例えば、樹脂(基材)に炭素粒子を混入させて成型する等の方法により得ることができる。このように、基材部101と、高熱伝導部102とを備えて構成された枠状部材21及び22は、基材のみで形成されている従来の枠状部材に比べ、熱伝導性を向上させることができる。   In the first embodiment, resin is used as a base material, and carbon particles are used as a material having higher thermal conductivity than the base material. The frame-shaped members 21 and 22 can be obtained, for example, by a method such as molding by mixing carbon particles into a resin (base material). As described above, the frame-shaped members 21 and 22 configured to include the base material portion 101 and the high thermal conductivity portion 102 have improved thermal conductivity compared to the conventional frame-shaped members formed of only the base material. Can be made.

ここで、燃料電池1は、例えば、急速暖機運転等でセル発電部の温度が急上昇するが、その反面、マニホルド部40A及び40Bは、低温であり、マニホルド内において水滴等が凍結し、氷が形成されていることも多く、且つ温度が上昇し難いという特徴がある。したがって、実施の形態1では、低温領域であるマニホルド部40A及び40Bに高熱伝導部102を配設することで、セル発電部で発生した熱をマニホルド部40A及び40Bに効率よく伝え、マニホルド部40A及び40Bの温度を速やかに上げ、セル面内の温度差を効率よく速やかに緩和する(温度差を少なくする)ようにしている。   Here, in the fuel cell 1, for example, the temperature of the cell power generation unit rapidly rises due to rapid warm-up operation or the like, but on the other hand, the manifold units 40 </ b> A and 40 </ b> B are low temperature, and water droplets and the like are frozen in the manifold. Are often formed, and the temperature is difficult to rise. Therefore, in the first embodiment, the heat generated in the cell power generation unit is efficiently transmitted to the manifold units 40A and 40B by disposing the high heat conduction unit 102 in the manifold units 40A and 40B, which are low temperature regions, and the manifold unit 40A. And the temperature of 40B is raised rapidly and the temperature difference in a cell surface is eased efficiently and quickly (a temperature difference is reduced).

セパレータ23及び24は、不透過性を有し、例えば、ステンレス板に導電性金属をメッキ(例えば、ニッケルメッキ)したものから構成することができる。これらのセパレータ23及び24は、隣接するセル間の導電通路を構成している。セパレータ23のMEA10と対向する面(MEA10側を向く面)には、燃料ガス流路53Aが形成されたガス流路部53が形成されている。セパレータ23のガス流路部53が形成されている面とは反対側の面には、冷却水流路55が形成されている。また、セパレータ24のMEA10と対向する面には、酸化ガス流路54Aが形成されたガス流路部54が形成され、セパレータ24のガス流路部54が形成されている面とは反対側の面には、冷却水流路56が形成されている。また、セパレータ23及び24にも前述した入り側の冷却水マニホルド41IN、出側の燃料ガスマニホルド42OUT、入り側の空気マニホルド43IN、出側の冷却水マニホルド41OUT、入り側の燃料ガスマニホルド42IN、出側の空気マニホルド43OUTが形成されている。 The separators 23 and 24 are impermeable, and can be composed of, for example, a stainless plate plated with a conductive metal (for example, nickel plating). These separators 23 and 24 constitute a conductive path between adjacent cells. A gas flow channel portion 53 in which a fuel gas flow channel 53A is formed is formed on the surface of the separator 23 facing the MEA 10 (the surface facing the MEA 10 side). A cooling water passage 55 is formed on the surface of the separator 23 opposite to the surface on which the gas passage portion 53 is formed. Further, a gas flow channel portion 54 in which an oxidizing gas flow channel 54A is formed is formed on the surface of the separator 24 that faces the MEA 10, and is opposite to the surface on which the gas flow channel portion 54 of the separator 24 is formed. A cooling water channel 56 is formed on the surface. The separators 23 and 24 also have the aforementioned inlet-side cooling water manifold 41 IN , outlet-side fuel gas manifold 42 OUT , inlet-side air manifold 43 IN , outlet-side cooling water manifold 41 OUT , and inlet-side fuel gas. A manifold 42 IN and an outlet air manifold 43 OUT are formed.

なお、燃料ガス流路53Aと酸化ガス流路54Aとは、MEA10を挟んで互いに対応している。また、セパレータ23に形成された冷却水流路55と、セパレータ24に形成された冷却水流路56は、セル積層方向に隔てられることなく連通している。   The fuel gas channel 53A and the oxidizing gas channel 54A correspond to each other with the MEA 10 interposed therebetween. Further, the cooling water channel 55 formed in the separator 23 and the cooling water channel 56 formed in the separator 24 communicate with each other without being separated in the cell stacking direction.

枠状部材21とセパレータ23、及び、枠状部材22とセパレータ24は、シール用の接着剤により接着して固定してもよく、枠状部材21(22)とセパレータ23(24)を射出成形等により、別途接着剤を設けることなく固定(溶着)してもよい。また、MEA10を挟んで配置された枠状部材21と枠状部材22は、接着剤110によりシールされ固定されている。   The frame-shaped member 21 and the separator 23, and the frame-shaped member 22 and the separator 24 may be bonded and fixed with a sealing adhesive, and the frame-shaped member 21 (22) and the separator 23 (24) are injection-molded. For example, fixing (welding) may be performed without providing a separate adhesive. Further, the frame-shaped member 21 and the frame-shaped member 22 arranged with the MEA 10 interposed therebetween are sealed and fixed by an adhesive 110.

この単セル25の構造を複数備えた燃料電池1は、MEA10の両側に枠状部材21及び22が配設され、これらの枠状部材21及び22のMEA10が配設されている面とは反対側の面に、セパレータ23及び24が各々配設された構造を複数備え、セル積層方向両端に、ターミナル30、インシュレータ31、エンドプレート32を配置してスタック33を構成し、スタック33をセル積層方向に締め付け、スタック33の外側でセル積層方向に延びる締結部材34(たとえば、テンションプレート、スルーボルトなど)とボルト35またはナットで固定したものからなる。   In the fuel cell 1 having a plurality of single cell 25 structures, frame-like members 21 and 22 are arranged on both sides of the MEA 10, and opposite to the surface of the frame-like members 21 and 22 on which the MEA 10 is arranged. A plurality of structures each having separators 23 and 24 disposed on the side surface are provided, and a terminal 33, an insulator 31, and an end plate 32 are disposed at both ends of the cell stacking direction to form a stack 33. A fastening member 34 (for example, a tension plate, a through bolt, etc.) that extends in the cell stacking direction outside the stack 33 and is fixed with a bolt 35 or a nut.

この構成を備えた燃料電池1では、急速暖機運転等でセル発電部の温度が急上昇した際に、セル発電部で発生した熱が、枠状部材21及び22のマニホルド部40A及び40Bに配設された高熱伝導部102によって、マニホルド部40A及び40Bに効率よく伝達される。したがって、マニホルド部40A及び40Bの温度が速やかに上昇し、セル面内の温度差が効率よく速やかに緩和されると共に、マニホルド内に氷が形成されていた場合には、この氷も効率よく溶かすことができる。このため、従来、セル面内の温度差により生じていたセルの反りや、亀裂等が生じることを抑制することができる。したがって、高性能で信頼性の高い燃料電池1となる。   In the fuel cell 1 having this configuration, when the temperature of the cell power generation unit suddenly rises due to rapid warm-up operation or the like, the heat generated in the cell power generation unit is distributed to the manifold units 40A and 40B of the frame-shaped members 21 and 22. The high heat conduction portion 102 provided is efficiently transmitted to the manifold portions 40A and 40B. Therefore, the temperature of the manifold portions 40A and 40B rises quickly, the temperature difference in the cell surface is reduced quickly and efficiently, and when ice is formed in the manifold, the ice is also efficiently melted. be able to. For this reason, it can suppress that the curvature of a cell, the crack, etc. which were conventionally produced by the temperature difference in a cell surface arise. Therefore, the fuel cell 1 with high performance and high reliability is obtained.

なお、実施の形態1では、枠状部材21及び22のマニホルド部40A及び40Bの構成を、基材部101内に高熱伝導部102を点在させた構成とした場合について説明したが、これに限らず、枠状部材21及び22の全体を、基材部101内に高熱伝導部102を点在させた構成としてもよい。   In the first embodiment, the configuration of the manifold portions 40A and 40B of the frame-shaped members 21 and 22 has been described as a configuration in which the high heat conduction portions 102 are interspersed in the base material portion 101. Not limited to this, the entire frame-shaped members 21 and 22 may have a configuration in which the high thermal conductivity portions 102 are scattered in the base material portion 101.

また、枠状部材21及び22は、例えば、図6に示すように、基材部101を構成する基材よりも剛性が高い材料からなる高剛性部材105を、その内部にさらに挿入(インサート)した構成としてもよい。このように高剛性部材105を配設することで、枠状部材21及び22の剛性を向上させることができる。この高剛性部材105は、枠状部材21及び22のマニホルド部40A及び40Bに配設してもよく、また、枠状部材21及び22の全体に配設してもよいが、セル面内において剛性が低いマニホルド部40A及び40Bに配設することで、セル面内における剛性の均一化が図れ、より好ましい。なお、高剛性部材105この場合、高剛性部材105としては、例えば、金属板等が挙げられる。そしてまた、高剛性部材105は、図6に示すような板状に限らず、燃料電池1の発電に悪影響を及ぼさない限り、例えば、ハニカム形状等、その形状は、所望により任意に選択することができ、金属片等を複数点在させてもよい。また、例えば、フィラー等を分散、あるいは点在させてもよい。さらにまた、高剛性部材105を配設する代わりに、高熱伝導部102を、基材よりも熱伝導性が高く、且つ剛性が高い材料で形成してもよい。   Further, for example, as shown in FIG. 6, the frame-shaped members 21 and 22 further insert (insert) a high-rigidity member 105 made of a material having higher rigidity than the base material constituting the base material portion 101. It is good also as a structure. By disposing the high-rigidity member 105 in this way, the rigidity of the frame-shaped members 21 and 22 can be improved. The high-rigidity member 105 may be disposed on the manifold portions 40A and 40B of the frame-shaped members 21 and 22, or may be disposed on the entire frame-shaped members 21 and 22, but within the cell plane. By disposing in the manifold portions 40A and 40B having low rigidity, the rigidity in the cell plane can be made uniform, which is more preferable. High rigidity member 105 In this case, examples of the high rigidity member 105 include a metal plate. Further, the high-rigidity member 105 is not limited to a plate shape as shown in FIG. 6, and the shape thereof, for example, a honeycomb shape may be arbitrarily selected as desired as long as it does not adversely affect the power generation of the fuel cell 1. A plurality of metal pieces or the like may be scattered. Further, for example, fillers or the like may be dispersed or interspersed. Furthermore, instead of disposing the high-rigidity member 105, the high thermal conductivity portion 102 may be formed of a material having higher thermal conductivity and higher rigidity than the base material.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用単セルについて図面を参照して説明する。図7は、実施の形態2にかかる燃料電池用単セルの一部を示す断面図、図8は、図7に示す燃料電池用単セルの構成要素である枠状部材の拡大断面図である。なお、実施の形態2では、実施の形態1で説明した燃料電池用単セルと同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, a single cell for a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the unit cell for fuel cell according to the second embodiment, and FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a frame member that is a component of the unit cell for fuel cell shown in FIG. . In the second embodiment, members similar to those of the single cell for fuel cell described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7及び図8に示すように、実施の形態2にかかる単セル125の、実施の形態1にかかる単セル25との異なる主な点は、枠状部材121及び122のマニホルド部140A及び140Bが、基材である樹脂から形成された外枠111と、外枠111によって画定された密閉空間(内部空間)に収容された複数の多孔性部材112と、外枠111によって画定された密閉空間に収容された冷媒113と、を備えて構成されている点である。   As shown in FIGS. 7 and 8, the main points of the single cell 125 according to the second embodiment differing from the single cell 25 according to the first embodiment are the manifold portions 140A and 140B of the frame-shaped members 121 and 122. Is an outer frame 111 formed of resin as a base material, a plurality of porous members 112 accommodated in a sealed space (inner space) defined by the outer frame 111, and a sealed space defined by the outer frame 111 And the refrigerant 113 accommodated therein.

多孔性部材112は、セラミックスや金属等、所望により種々の材料から構成することができる。この多孔性部材112は、後に詳述する冷媒113の形状を維持させることができ、また、冷媒113から放出される気化潜熱を、図8に示す矢印のように、効率よく分散させることができる。したがって、特に温度が低い領域であるマニホルド部140A及び140Bの温度を上昇させることができるため、セル面内の温度差を、速やかに効率よく緩和することができる。また、多孔性部材112を、特に熱伝導率が高い材料から構成すれば、より効率よく熱伝達を行うことができ、セル面内の温度差をより一層速やかに緩和することができる。さらにまた、多孔性部材112を、基材よりも剛性が高い材料から構成することで、枠状部材121及び122の剛性も向上させることができる。   The porous member 112 can be made of various materials as desired, such as ceramics and metal. The porous member 112 can maintain the shape of the refrigerant 113, which will be described in detail later, and can efficiently disperse the latent heat of vaporization released from the refrigerant 113 as shown by the arrows in FIG. . Therefore, the temperature of the manifold portions 140A and 140B, which is a particularly low temperature region, can be raised, and the temperature difference in the cell plane can be quickly and efficiently reduced. Further, if the porous member 112 is made of a material having a particularly high thermal conductivity, heat transfer can be performed more efficiently, and the temperature difference in the cell plane can be alleviated more quickly. Furthermore, the rigidity of the frame-shaped members 121 and 122 can be improved by forming the porous member 112 from a material having higher rigidity than the base material.

冷媒113としては、例えば、沸点が−20℃〜0℃程度の低沸点材料から構成されたものを使用することが望ましい。このような冷媒113を外枠111によって画定された密閉空間に収容することで、例えば、氷点下の条件で燃料電池1を始動した際に、冷媒の気化潜熱を利用して速やかにマニホルド部140A及び140Bの温度を上げることができる。   As the refrigerant 113, for example, it is desirable to use a material composed of a low boiling point material having a boiling point of about −20 ° C. to 0 ° C. By accommodating the refrigerant 113 in the sealed space defined by the outer frame 111, for example, when the fuel cell 1 is started under a condition below freezing point, the manifold portion 140A and the manifold section 140A The temperature of 140B can be raised.

ここで、前述したように、マニホルド部140A及び140Bは、特に温度が低い領域であるため、このマニホルド部140A及び140Bに配設されたガスケット120は、例えば、弾性復元力が低下しやすくなるが、実施の形態2にかかる単セル125では、マニホルド部140A及び140Bの温度を冷媒113の気化潜熱によって速やかに上昇させることができるため、ガスケット120の弾性復元力が低下することを抑制することができる。したがって、例えば、優れた耐酸性を有するが、氷点下での弾性復元力が比較的低下しやすいフッ素ゴムやEPDMを使用してガスケット120を構成したとしても、燃料電池1の始動時のスタックの積層方向に対する膨張に十分に追従させることができる。このため、マニホルド部140A及び140Bに設けられるガスケット120の特性を改善することができ、シール性を向上することができる。   Here, as described above, since the manifold portions 140A and 140B are regions where the temperature is particularly low, the gasket 120 disposed in the manifold portions 140A and 140B tends to have a low elastic restoring force, for example. In the single cell 125 according to the second embodiment, the temperatures of the manifold portions 140A and 140B can be quickly increased by the latent heat of vaporization of the refrigerant 113, and therefore, the elastic restoring force of the gasket 120 can be prevented from decreasing. it can. Therefore, for example, even if the gasket 120 is made of fluorine rubber or EPDM, which has excellent acid resistance, but whose elastic restoring force below freezing point is relatively low, stacking of the stack at the start of the fuel cell 1 The expansion in the direction can be sufficiently followed. For this reason, the characteristic of the gasket 120 provided in the manifold portions 140A and 140B can be improved, and the sealing performance can be improved.

なお、マニホルド部140A及び140Bの絶縁性を確保するため、枠状部材121及び122は、例えば、ポリイミドやポリアミドイミド等の樹脂で表面をコーティングしてもよい。   In addition, in order to ensure the insulation of the manifold portions 140A and 140B, the frame members 121 and 122 may be coated on the surface with a resin such as polyimide or polyamideimide, for example.

また、実施の形態2では、外枠111によって画定された密閉空間に、冷媒113を互いに離間して2箇所収容した場合について説明したが、これに限らず、冷媒113は、前記密閉空間に、少なくとも1箇所収容されていればよい。また、冷媒113の収容量は、所望により決定することができる。   In the second embodiment, the case where the refrigerant 113 is housed in two spaces apart from each other in the sealed space defined by the outer frame 111 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the refrigerant 113 is contained in the sealed space. It is sufficient that at least one place is accommodated. Further, the amount of refrigerant 113 can be determined as desired.

本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用単セルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the single cell for fuel cells concerning Embodiment 1 of the present invention. 図1に示す燃料電池用単セルの構成要素である枠状部材の平面図である。It is a top view of the frame-shaped member which is a component of the single cell for fuel cells shown in FIG. 図2に示すIII−III線に沿った拡大断面図である。It is an expanded sectional view along the III-III line shown in FIG. 本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用単セルの一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of unit cell for fuel cells concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用単セルを備えた燃料電池のセル積層方向を上下方向とした姿勢での全体概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall schematic view of a fuel cell including a single cell for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention in a posture in which a cell stacking direction is a vertical direction. 本発明の他の実施の形態にかかる図2に示すIII−III線に沿った断面に対応する図である。It is a figure corresponding to the cross section along the III-III line | wire shown in FIG. 2 concerning other embodiment of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用単セルの一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of single cell for fuel cells concerning Embodiment 2 of this invention. 図7に示す燃料電池用単セルの構成要素である枠状部材の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the frame-shaped member which is a component of the single cell for fuel cells shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、10…MEA、11…電解質膜、14…アノード電極、17…カソード電極、21、22、121、122…枠状部材、23、24…セパレータ、25、125…単セル、40A、40B、140A、140B…マニホルド部、101…基材部、102…高熱伝導部、105…高剛性部材、111…外枠、112…多孔性部材、113… 冷媒、120…ガスケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 10 ... MEA, 11 ... Electrolyte membrane, 14 ... Anode electrode, 17 ... Cathode electrode, 21, 22, 121, 122 ... Frame-shaped member, 23, 24 ... Separator, 25, 125 ... Single cell, 40A 40B, 140A, 140B ... Manifold part, 101 ... Base material part, 102 ... High heat conduction part, 105 ... High rigidity member, 111 ... Outer frame, 112 ... Porous member, 113 ... Refrigerant, 120 ... Gasket

Claims (16)

電解質の一方の面にアノード電極が配けられ、他方の面にカソード電極が配けられた電解質−電極接合体と、当該電解質−電極接合体の両側に配設された枠状部材と、当該各々の枠状部材の当該電解質−電極接合体と対向する面とは反対側の面に配設されたセパレータと、を備えてなる燃料電池用単セルであって、
前記枠状部材は、基材により形成されている基材部と、前記基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部とを備えてなる燃料電池用単セル。
An electrolyte-electrode assembly in which an anode electrode is disposed on one surface of the electrolyte and a cathode electrode is disposed on the other surface; a frame-like member disposed on both sides of the electrolyte-electrode assembly; A single cell for a fuel cell comprising: a separator disposed on a surface opposite to a surface facing each electrolyte-electrode assembly of each frame-shaped member,
The frame-shaped member includes a base part formed of a base material and a high heat conductive part formed of a heat conductive material having a higher thermal conductivity than the base material. .
電解質の一方の面にアノード電極が配けられ、他方の面にカソード電極が配けられた電解質−電極接合体と、当該電解質−電極接合体の両側に配設された枠状部材と、当該各々の枠状部材の当該電解質−電極接合体と対向する面とは反対側の面に配設されたセパレータと、を備えてなる燃料電池用単セルであって、
前記枠状部材は、基材により形成されている基材部と、当該基材部によって画定されてなる密閉空間とを備えてなり、当該密閉空間内に低沸点材料が封入されてなる燃料電池用単セル。
An electrolyte-electrode assembly in which an anode electrode is disposed on one surface of the electrolyte and a cathode electrode is disposed on the other surface; a frame-like member disposed on both sides of the electrolyte-electrode assembly; A single cell for a fuel cell comprising: a separator disposed on a surface opposite to a surface facing each electrolyte-electrode assembly of each frame-shaped member,
The frame-shaped member includes a base material portion formed of a base material and a sealed space defined by the base material portion, and a fuel cell in which a low-boiling point material is sealed in the sealed space. Single cell for use.
前記枠状部材は、前記基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料により形成されている高熱伝導部をさらに備えてなる請求項2記載の燃料電池用単セル。   The single unit cell for a fuel cell according to claim 2, wherein the frame-like member further includes a high heat conductive portion formed of a heat conductive material having a higher heat conductivity than the base material. 前記基材よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料は、前記基材よりも剛性が高い材料である請求項1または請求項3記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to claim 1 or 3, wherein the heat conductive material having a higher thermal conductivity than the base material is a material having a higher rigidity than the base material. 前記高熱伝導部は、炭素粒子を含んでなる請求項1、請求項3、請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to any one of Claims 1, 3, and 4, wherein the high thermal conductivity portion includes carbon particles. 前記高熱伝導部は、前記基材部に点在してなる請求項1、請求項2ないし請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   6. The single cell for a fuel cell according to claim 1, wherein the high thermal conductivity portions are scattered in the base material portion. 7. 前記枠状部材は、マニホルドが形成されてなり、前記高熱伝導部は、少なくとも当該マニホルドの外周部に形成されてなる請求項1、請求項3ないし請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   7. The fuel according to claim 1, wherein the frame-shaped member is formed with a manifold, and the high thermal conductivity portion is formed at least on an outer peripheral portion of the manifold. Single cell for batteries. 前記枠状部材は、マニホルドが形成されてなり、前記密閉空間は、少なくとも当該マニホルドの外周部に形成されてなる請求項2または請求項3記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to claim 2 or 3, wherein the frame member is formed with a manifold, and the sealed space is formed at least on an outer peripheral portion of the manifold. 前記枠状部材は、前記基材よりも剛性が高い材料で形成されている高剛性部をさらに備えた請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the frame-shaped member further includes a high-rigidity portion formed of a material having higher rigidity than the base material. 前記枠状部材は、マニホルドが形成されてなり、前記高剛性部は、少なくとも当該マニホルドの外周部に形成されてなる請求項9記載の燃料電池用単セル。   The fuel cell single cell according to claim 9, wherein the frame-shaped member is formed with a manifold, and the high-rigidity portion is formed at least on an outer peripheral portion of the manifold. 前記高剛性部は、金属板からなり、当該金属板は、前記枠状部材の内側に挿入されてなる請求項9または請求項10記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to claim 9 or 10, wherein the high-rigidity portion is made of a metal plate, and the metal plate is inserted inside the frame-shaped member. 前記密閉空間内に、多孔性部材を封入してなる請求項2または請求項3記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to claim 2 or 3, wherein a porous member is sealed in the sealed space. 前記前記低沸点材料は、沸点が−20℃以上、0℃以下である請求項2または請求項3記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to claim 2 or 3, wherein the low boiling point material has a boiling point of -20 ° C or higher and 0 ° C or lower. 前記多孔性部材は、前記基材よりも熱伝導率が高い材料から構成されてなる請求項11ないし請求項13のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to any one of claims 11 to 13, wherein the porous member is made of a material having higher thermal conductivity than the base material. 前記多孔性部材は、前記基材よりも剛性が高い材料から構成されてなる請求項11ないし請求項14のいずれか一項に記載の燃料電池用単セル。   The single cell for a fuel cell according to any one of claims 11 to 14, wherein the porous member is made of a material having higher rigidity than the base material. 請求項1ないし請求項15のいずれか一項に記載の燃料電池用単セルを備えてなる燃料電池。   A fuel cell comprising the single cell for a fuel cell according to any one of claims 1 to 15.
JP2006341742A 2006-12-19 2006-12-19 Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same Pending JP2008153130A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006341742A JP2008153130A (en) 2006-12-19 2006-12-19 Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006341742A JP2008153130A (en) 2006-12-19 2006-12-19 Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008153130A true JP2008153130A (en) 2008-07-03

Family

ID=39655086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006341742A Pending JP2008153130A (en) 2006-12-19 2006-12-19 Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008153130A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019033000A (en) * 2017-08-08 2019-02-28 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP2020198266A (en) * 2019-06-05 2020-12-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell and fuel cell stack

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019033000A (en) * 2017-08-08 2019-02-28 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP2020198266A (en) * 2019-06-05 2020-12-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell and fuel cell stack
JP7177751B2 (en) 2019-06-05 2022-11-24 本田技研工業株式会社 Fuel cells and fuel cell stacks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101496215B (en) Fuel battery
JP2004152502A (en) Fuel cell stack
JP4481423B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell stack
US9368826B2 (en) Fuel cell stack
JP5029813B2 (en) Fuel cell separator
JP4440958B2 (en) Fuel cell
JP2019139917A (en) Solid polymer type fuel cell stack
JP2012248444A (en) Fuel battery cell and fuel battery cell stack
JP2008153130A (en) Single cell for fuel cell and fuel cell provided with the same
JP2003123801A (en) Polymer electrolyte stacked fuel cell
JP2009277521A (en) Fuel cell stack
JP5447777B2 (en) Fuel cell
JP2008166230A (en) Insulated cell for fuel cell and method for producing the same
JP2005293902A (en) Fuel cell separator and fuel cell
JP6549864B2 (en) Fuel cell stack
JP5286896B2 (en) FUEL CELL MANUFACTURING METHOD, FUEL CELL, AND SEPARATOR
US10297842B2 (en) Fuel cell stack
JP2009224042A (en) Fuel cell
JPH06333582A (en) Solid polyelectrolyte fuel cell
KR101854014B1 (en) Terminal plate for fuel cell, and fuel cell
JPH0822837A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
CA2925200C (en) Fuel cell with electrolytic corrosion inhibiting portion
JPH06333581A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP6606351B2 (en) Manufacturing method of fuel cell stack
JP2006012462A (en) Sealing structure for fuel cell