KR20070111552A

KR20070111552A - 연료전지 및 연료전지 적층체

Info

Publication number: KR20070111552A
Application number: KR1020077023394A
Authority: KR
Inventors: 준이치 시라하마
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-21
Also published as: CA2604957A1; DE112006000912T5; CN100550490C; CA2604957C; US20090029230A1; JP4862825B2; JPWO2006112402A1; CN101156268A; WO2006112402A1

Abstract

연료전지 스택(10)은, 연료전지(20)를 복수 적층한 것이다. 연료전지(20)는 제 1 세퍼레이터(30), 제 1 수지 프레임(40), 제 2 수지 프레임(60), 제 2 세퍼레이터(70)가 이 순서로 적층된 것이고, 양 수지 프레임(40, 60)의 사이에는 MEA가 내포되어 있다. 여기서 양 수지 프레임(4)과 시일층(S1∼S3)이 적층된 부분을, 세퍼레이터간 개재물(80)이라 부른다. 이 연료전지(20)에서는 각 세퍼레이터(30, 70)보다 두께가 두껍게 형성된 세퍼레이터간 개재물(80) 중 외부로 노출되는 노출면에 바코드(24)가 설치되어 있기 때문에, 각 세퍼레이터(30, 70)의 두께 등에 상관없이 바코드(24)를 용이하게 설치하기도 하고, 판독하기도 할 수 있다.

Description

연료전지 및 연료전지 적층체{FUEL CELL AND FUEL CELL LAYERED BODY}

본 발명은 연료전지 및 연료전지 적층체에 관한 것이다.

종래부터 고체 전해질을 애노드전극과 캐소드전극으로 끼워 넣은 막전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)를 한 쌍의 세퍼레이터로 끼워 넣은 구조의 연료전지가 알려져 있다. 이와 같은 종류의 연료전지에 있어서, 특허문헌 1에는 세퍼레이터 중 외부로 노출되어 있는 측면에 연료전지에 관한 정보와 대응지어진 바코드를 설치함으로써, 연료전지를 분해하지 않고 용이하게 바코드를 판독할 수 있는 것이 제안되어 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2003-115319호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 발명에서는 세퍼레이터에 바코드를 설치하고 있으나, 바코드를 설치하는 대상으로서 세퍼레이터는 적합하다고는 할 수 없는 것이 있었다. 즉, 세퍼레이터의 두께가 얇은 경우에는 바코드를 부착하기 어렵고, 세퍼레이터의 경도가 단단한 경우에는 바코드를 각인하기 어려우며, 세퍼레이터의 표면에 잉크나 접착제가 정착하기 어려운 경우에는 바코드를 인쇄하기 어렵다는 점에서 적합하지 않았다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 세퍼레이터의 두께나 재질 등에 관계없이, 연료전지에 관한 정보를 기록하는 정보기록부를 용이하게 설치할 수 있는 연료전지 및 연료전지 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명의 연료전지는,

한 쌍의 세퍼레이터와,

상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 개재하는 세퍼레이터간 개재물과,

상기 세퍼레이터간 개재물에 설치되어 연료전지에 관한 정보를 기록하는 정보기록부를 구비한 것이다.

이 연료전지에서는, 세퍼레이터가 아닌 세퍼레이터간 개재물에 정보기록부가 설치되어 있다. 이 때문에 세퍼레이터의 두께나 재질 등에 관계없이 정보기록부를 용이하게 설치할 수 있다.

여기서 「연료전지에 관한 정보」란, 연료전지 그 자체 또는 연료전지를 구성하는 부품에 관한 정보를 말하고, 예를 들면 연료전지의 출력특성이나 사용이력, 제조정보, 경시적인 거동정보 외에, 세퍼레이터나 세퍼레이터간 개재물, 막전극 접합체 등의 제조에 관한 정보(제조년월일, 로트번호, 재질 등) 등을 들 수 있으나, 여기서는 이들 정보에 대응지어진 검색코드 등도 포함하는 것으로 한다. 또 「정보기록부」는, 예를 들면 노출면에 인자·각인하여도 좋고, 접착제에 의하여 부착 가능한 정보기록매체로서 부착하여도 좋으며, 세퍼레이터간 개재물에 매설한 IC 칩 등으로 하여도 좋다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 세퍼레이터간 개재물은, 상기 세퍼레이터보다 두껍게 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면 세퍼레이터의 두께가 얇은 경우에도 정보기록부를 설치하는 세퍼레이터간 개재물은 세퍼레이터보다 두껍기때문에 정보기록부를 용이하게 설치할 수 있다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 세퍼레이터간 개재물은, 상기 세퍼레이터보다 유연하게 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면 세퍼레이터의 경도가 단단한 경우에도 정보기록부를 설치하는 세퍼레이터간 개재물은 세퍼레이터보다 유연하기 때문에 정보기록부를 각인이나 절삭 등의 가공기술에 의하여 용이하게 설치할 수 있다. 예를 들면 세퍼레이터가 금속 또는 카본을 기재로 하는 재료로 제조되어 있는 경우에는, 세퍼레이터간 개재물을 수지재료로 제조하도록 하여도 좋다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 정보기록부는, 상기 세퍼레이터간 개재물중 외부에 노출되는 노출면에 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 세퍼레이터간 개재물은 상기 막전극 접합체를 유지하는 프레임부재를 가지고, 상기 노출면은 적어도 상기 프레임부재의 측면을 포함하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면 예를 들면 세퍼레이터를 얇게 하여 세퍼레이터간 개재물의 프레임부재를 구조재로서 사용하는 경우 등에는 프레임부재의 측면을 유효하게 이용할 수 있다. 또한 세퍼레이터 사이를 주로 프레임부재가 차지하는 경우에는, 프레임부재의 두께는 세퍼레이터 사이에 형성하는 연료가스통로나 산화가스통로의 가스 유통성을 고려하여 설정된다. 구체적으로는 프레임부재의 두께는 연료가스와 산화가스와의 전기화학반응이 효율좋게 행하여지는 가스유통성을 확보할 수 있는 값으로 설정된다. 또 한 쌍의 세퍼레이터는 절연을 유지할 필요가 있기 때문에, 프레임부재는 절연성 수지재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 정보기록부가 상기 세퍼레이터간 개재물 중 외부에 노출되는 노출면에 설치되어 있는 경우, 상기 세퍼레이터간 개재물은 바깥 둘레를 따라 배치된 시일부재를 가지고, 상기 노출면은 적어도 상기 시일부재의 측면을 포함하도록 하여도 좋다. 일반적으로 연료전지에는 연료가스통로나 산화가스통로가 형성되나, 이들 통로는 기밀한 상태를 유지할 필요가 있기 때문에 세퍼레이터간 개재물의 바깥 둘레를 따라 시일부재를 설치하는 것이 바람직하고, 그와 같은 경우에 시일부재의 측면을 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 정보기록부는, 상기 세퍼레이터간 개재물에 매설되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 세퍼레이터간 개재물은 막전극 접합체를 유지하는 프레임부재를 가지고, 상기 정보기록부는 상기 프레임부재에 매설되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면 예를 들면 세퍼레이터를 얇게 하여 세퍼레이터간 개재물의 프레임부재를 구조재로서 사용하는 경우 등에는 프레임부재를 유효하게 이용할 수 있다. 또는 상기 세퍼레이터간 개재물은 바깥 둘레를 따라 배치된 시일부재를 가지고, 상기 정보기록부는 상기 시일부재에 매설되어 있어도 좋다. 일반적으로 연료전지에는 연료가스통로나 산화가스통로가 형성되나, 이들 통로는 기밀한 상태를 유지할 필요가 있기 때문에, 세퍼레이터간 개재물의 바깥 둘레를 따라 시일부재를 설치하는 것이 바람직하고, 그와 같은 경우에 시일부재의 측면을 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 정보기록부는, 인간의 시각에 의하여 판독 가능한 정보 또는 광학적, 자기적, 전기적 또는 기계적으로 판독 가능한 정보를 기록하고 있어도 좋다. 여기서 인간의 시각에 의하여 판독 가능한 정보로서는, 예를 들면 문자, 도형, 기호로 이루어지는 정보 등을 들 수 있고, 광학적으로 판독이 가능한 정보로서는 예를 들면 바코드에 기록된 정보 등을 들 수 있고, 자기적으로 판독 가능한 정보로서는 예를 들면 자기테이프에 기록된 정보 등을 들 수 있으며, 전기적으로 판독 가능한 정보로서는 예를 들면 IC 칩 등에 기록된 정보 등을 들 수 있고, 기계적으로 판독 가능한 정보로서는 예를 들면 코드패턴을 형성하는 요철에 의하여 기록된 정보 등을 들 수 있다. 또한 정보기록부는 정보의 기록이나 재기록이 가능한 것이어도 좋다.

본 발명의 연료전지에 있어서, 상기 한 쌍의 세퍼레이터는 금속제로 두께가 얇은 세퍼레이터이어도 좋다. 이와 같이 하면 연료전지를 적층하였을 때의 적층방향의 길이가 짧아지기 때문에 콤팩트화할 수 있고, 연료전지 사이의 저항이 작아져 발전효율이 좋아진다.

본 발명의 연료전지 적층체는,

복수의 연료전지를 적층한 연료전지 적층체로서,

적어도 하나의 연료전지가 상기한 어느 하나의 연료전지이다.

이 연료전지 적층체에 포함되는 적어도 하나의 연료전지에는, 세퍼레이터보다 두께가 두껍게 형성된 세퍼레이터간 개재물 중 외부로 노출되는 노출면에 정보기록부가 설치되어 있기 때문에, 적층상태 그대로 정보기록부로부터 연료전지에 관한 정보를 용이하게 판독할 수 있다.

이때, 상기 복수의 연료전지 중 인접하는 2개의 연료전지가 상기한 어느 하나의 연료전지이며, 상기 2개의 연료전지가 구비하는 상기 정보기록부끼리는 적어도 상기 2개의 연료전지의 세퍼레이터에 의하여 분리되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면 인접하는 2개의 연료전지의 정보기록부의 한쪽이 다른쪽과 간섭하여 판독하기 어렵게 되는 일이 없다.

도 1은 본 실시형태의 연료전지 스택의 사시도,

도 2는 연료전지의 분해사시도,

도 3은 제 1 세퍼레이터의 설명도로서, (a)는 상면도, (b)는 하면도,

도 4는 제 2 세퍼레이터의 설명도로서, (a)는 상면도, (b)는 하면도,

도 5는 다른 실시형태의 연료전지의 단면도,

도 6은 다른 실시형태의 연료전지의 사시도이다.

도 7은 다른 실시형태의 연료전지의 사시도이다.

본 발명을 한층 분명하게 하기 위하여, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 연료전지 스택(10)의 사시도, 도 2는 연료전지(20)의 분해사시도, 도 3은 제 1 세퍼레이터(30)의 설명 도, 도 4는 제 2 세퍼레이터(70)의 설명도이다.

연료전지 스택(10)은, 연료전지(20)를 복수 적층한 것으로, 도시 생략한 수소 봄베로부터 연료가스로서의 수소가 수소공급 매니폴드(M1)에 공급되고, 각 연료전지(20) 내를 통과한 후의 수소가 수소배출 매니폴드(M2)로부터 외부로 배출된다. 또 도시 생략한 공기압축기로부터 압축에어(산화가스로서의 산소를 포함한다)가 에어공급 매니폴드(M3)에 공급되고, 각 연료전지(20) 내를 통과한 후의 에어가 에어배출 매니폴드(M4)로부터 외부로 배출된다. 또한 도시 생략한 냉각수 순환펌프에 의하여 냉각수 탱크로부터 냉각수가 냉각수공급 매니폴드(M5)에 공급되고, 각 연료전지(20) 내를 통과한 후의 냉각수가 냉각수배출 매니폴드(M6)로부터 배출되고, 배열이 회수된 후 다시 냉각수 순환펌프에 의하여 냉각수공급 매니폴드(M5)에 공급된다. 이와 같이 하여 연료전지 스택(10)에 공급된 수소와 산소가 각 연료전지(20)를 통과할 때에 전기화학반응을 일으킴으로써 발전한다.

이 연료전지 스택(10)은, 연료전지(20)를 복수 적층한 후, 도 1에 나타내는 바와 같이 그 양쪽 끝에 집전판(11, 12), 절연판(13, 14), 엔드플레이트(15, 16)를 차례로 배치하여 완성된다. 집전판(11, 12)은 치밀질 카본이나 구리판 등 가스 불투과인 도전성부재에 의하여 형성되고, 절연판(13, 14)은 고무나 수지 등의 절연성부재에 의하여 형성되며, 엔드플레이트(15, 16)는 강성을 구비한 강철 등의 금속에 의하여 형성되어 있다. 또 집전판(11, 12)에는 각각 출력단자(17, 18)가 설치되어 있고, 이 중의 한쪽이 양극, 다른쪽이 음극이다. 또 엔드플레이트(15, 16)는 도시 생략한 가압장치에 의하여 연료전지 스택(10)을 적층방향으로 가압하여 유지하고 있다. 엔드플레이트(16)에는 관통구멍이 설치되어 있지 않으나, 엔드플레이트(15)에는 6개의 관통구멍이 설치되어 각각 매니폴드(M1∼M6)에 통하는 개구부로 되어 있다.

연료전지(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 세퍼레이터(30), 제 1 수지 프레임(40), MEA(50), 제 2 수지 프레임(60), 제 2 세퍼레이터(70)가 이 순서대로 적층된 것이다.

MEA(50)는, 고체 전해질막(51)을 애노드(52)와 캐소드(53)로 끼워 넣은 막전극 접합체이다. 여기서 고체 전해질막(51)은, 고체 고분자재료, 예를 들면 불소계 수지에 의하여 형성된 프로톤 전도성의 이온 교환막(예를 들면 듀퐁사제의 나피온막)이고, 습윤상태에서 양호한 프로톤 전도성을 나타낸다. 고체 전해질막(51)의 양면에는 백금 또는 백금과 다른 금속으로 이루어지는 합금을 도포함으로써 촉매전극이 형성되고, 또한 그 바깥쪽에는 탄소섬유로 이루어지는 실로 짜서 이루어진 카본 크로스에 의하여 형성된 가스확산 전극이 배치되어 있다. 그리고 한쪽면의 촉매전극과 가스확산전극이 애노드(52), 다른쪽 면의 촉매전극과 가스확산전극이 캐소드(53)를 구성한다.

제 1 세퍼레이터(30)는 금속제의 두께가 얇은 판형상부재이고, 예를 들면 스테인레스 박판에 기재보다 내식성을 가지는 도전성막으로 코트한 부재이고, 두께는 0.05∼0.3 mm이다. 이 제 1 세퍼레이터(30)의 상면, 즉 MEA(50)의 애노드(52)와 대향하는 면[도 3(a)참조]에는 오목부(31)가 설치되고, 이 오목부(31)에는 수소가 통과하는 수소통로(33)가 형성되어 있다. 또한 제 1 세퍼레이터(30)의 하면[도 3(b)참조]은 평탄 그대로이다. 또 제 1 세퍼레이터(30)의 4 모서리에는 각각 가스통과구멍(30a∼30d)이 관통하도록 설치되고, 이 중 가스통과구멍(30a, 30b)은 오목부(31)의 안쪽에 설치되고, 가스통과구멍(30c, 30d)은 오목부(31)의 바깥쪽에 설치되어 있다.

제 1 수지 프레임(40)은, 열경화성 수지(예를 들면 페놀수지)제의 절연성을 가지는 두께가 두꺼운 판형상부재이고, 두께는 제 1 세퍼레이터(30)의 수배 내지 수십배 정도의 부재이다. 이 제 1 수지 프레임(40)의 두께는, 제 1 세퍼레이터(30)와의 사이에 형성되는 수소통로(33)의 가스유통성, 즉 수소와 산소의 전기화학반응이 효율좋게 행하여지는 바와 같은 가스유통성을 확보할 수 있는 값으로 설정된다. 또 제 1 수지 프레임(40)은, MEA(50)의 애노드(52)와 제 1 세퍼레이터(30)의 사이에 배치되고, MEA(50)를 수납 가능한 MEA설치구멍(41)과, 가스통과구멍(30a∼30d)과 각각 일치하는 가스통과구멍(40a∼40d)과, 냉각수통과구멍(30e, 30f)에 각각 일치하는 냉각수통과구멍(40e, 40f)을 가지고 있다. 또한 MEA 설치구멍(41)에는 안 둘레를 따라 단차부가 설치되고, MEA 설치구멍(41)에 수납된 MEA(50)는 그 둘레 가장자리가 단차부와 접착제로 접착된다. 또 제 1 수지 프레임(40)과 제 1 세퍼레이터(30)는, 오목부(31)나 각 가스통과구멍(30a∼30f, 40a∼40f), MEA 설치구멍(41)을 제외하는 부분에서 시일층(S1)(도 1의 원내 확대도 참조)에 의하여 접착되어 있다.

제 2 수지 프레임(60)은, 제 1 수지 프레임(40)과 마찬가지로 열경화성 수지(예를 들면 페놀수지)제의 절연성을 가지는 두께가 두꺼운 판형상부재이고, 두께 는 제 1 세퍼레이터(30)의 수배 내지 수십배 정도의 부재이다. 이 제 2 수지 프레임(50)의 두께는, 제 2 세퍼레이터(70)와의 사이에 형성되는 에어통로(73)의 가스유통성, 즉 수소와 산소의 전기화학반응이 효율좋게 행하여지는 가스유통성을 확보할 수 있는 값으로 설정된다. 또 제 2 수지 프레임(60)은, MEA(50)의 캐소드(53)와 제 2 세퍼레이터(70)의 사이에 배치되고, MEA(50)를 수납 가능한 MEA 설치구멍(61)과, 가스통과구멍(30a∼30d)과 각각 일치하는 가스통과구멍(60a∼60d)과, 냉각수통과구멍(30e, 30f)에 각각 일치하는 냉각수통과구멍(60e, 60f)을 가지고 있다. 또한 MEA 설치구멍(61)에는 안 둘레부를 따라 단차부가 설치되고, MEA 설치구멍(61)에 수납된 MEA(50)는 그 둘레 가장자리가 단차부와 접착제로 접착된다. 또, 제 1 및 제 2 수지 프레임(40, 60)은, 두께가 두껍기 때문에 연료전지(20)의 강도를 확보하는 구조재로서의 역활을 함과 동시에, 절연성재료이기 때문에 제 1 세퍼레이터(30)와 제 2 세퍼레이터(70)가 단락되는 것을 방지하는 역할도 한다.

제 2 세퍼레이터(70)는, 제 1 세퍼레이터(30)와 마찬가지로 금속제의 두께가 얇은 판형상부재이고, 예를 들면 스테인레스 박판에 니켈도금을 실시한 것이다. 이 제 2 세퍼레이터(70)의 하면, 즉 MEA(50)의 캐소드(53)와 대향하는 면[도 4(b) 참조]에는 오목부(71)가 설치되고, 이 오목부(71)에는 에어가 통과하는 에어통로(73)가 형성되어 있다. 또 제 2 세퍼레이터(70)의 상면[도 4(a) 참조]에는 지그재그형상의 냉각수통로(77)가 설치되어 있다. 제 2 세퍼레이터(70)의 4 모서리에는 각각 가스통과구멍(70a∼70d)이 관통하도록 설치되고, 이 중 가스통과구멍(70c, 70d)은 오목부(71)의 안쪽에 설치되고, 가스통과구멍(70a, 70b)은 오목부(71)의 바 깥쪽에 설치되어 있다. 또 냉각수통과구멍(70e)은 냉각수 통로(77)의 한쪽 끝에 설치되고, 냉각수통과구멍(70f)은 냉각수 통로(77)의 다른쪽 끝에 설치되어 있다. 또 제 2 수지 프레임(60)과 제 2 세퍼레이터(70)는, 오목부(71)나 각 가스통과구멍(60a∼60f, 70a∼70f), MEA 설치구멍(61)을 제외하는 부분에서 시일층(S2)(도 1의 원내 확대도 참조)에 의하여 접착되어 있다. 또한 제 2 세퍼레이터(70)는, 인접하는 연료전지(20)의 제 1 세퍼레이터(30)와, 냉각수 통로(77)나 각 가스통과구멍(30a∼30f, 70a∼70f)을 제외하는 부분에서 시일층(S4)(도 1의 원내 확대도 참조)에 의하여 접착되어 있다.

수소공급 매니폴드(M1)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 가스통과구멍(30a)과, 제 1 수지 프레임(40)의 가스통과구멍(40a)과, 제 2 수지 프레임(60)의 가스통과구멍(60a)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 가스통과구멍(70a)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이고, 수소배출 매니폴드(M2)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 가스통과구멍(30b)과, 제 1 수지 프레임(40)의 가스통과구멍(40b)과, 제 2 수지 프레임(60)의 가스통과구멍(60b)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 가스통과구멍(70b)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이다. 수소공급 매니폴드(M1)로부터 공급된 수소는, 연료전지(20) 내의 수소통로(33)를 통하여 수소배출 매니폴드(M2)로부터 배출된다. 또 각 구멍의 주위에는 도시 생략하나, 접착제로 이루어지는 시일층이 형성되어 있기 때문에, 각 매니폴드(M1, M2)는 기밀성이 유지되어 있어, 수소가 이것 이외의 부분으로 누출되는 일은 없다.

에어공급 매니폴드(M3)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 가스통과구멍(30c)과, 제 1 수지 프레임(40)의 가스통과구멍(40c)과, 제 2 수지 프레임(60)의 가스통과구멍(60c)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 가스통과구멍(70c)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이고, 에어배출 매니폴드(M4)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 가스통과구멍(30d)과, 제 1 수지 프레임(40)의 가스통과구멍(40d)과, 제 2 수지 프레임(60)의 가스통과구멍(40d)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 가스통과구멍(70d)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이다. 에어공급 매니폴드(M3)로부터 공급된 에어는, 연료전지(20) 내의 에어통로(73)를 통하여 에어배출 매니폴드(M4)로부터 배출된다. 또 각 구멍의 주위에는 도시 생략하나 접착제로 이루어지는 시일층이 형성되어 있기 때문에, 각 매니폴드(M3, M4)는 기밀성이 유지되어 있어, 에어가 이것 이외의 부분으로 누출되는 일은 없다.

냉각수공급 매니폴드(M5)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 냉각수 통과구멍(30e)과, 제 1 수지 프레임(40)의 냉각수 통과구멍(40e)과, 제 2 수지 프레임(60)의 냉각수 통과구멍(60e)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 냉각수 통과구멍(70e)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이고, 냉각수 배출 매니폴드(M6)는, 제 1 세퍼레이터(30)의 냉각수 통과구멍(30f)과, 제 1 수지 프레임(40)의 냉각수 통과구멍(40f)과, 제 2 수지 프레임(60)의 냉각수 통과구멍(60f)과, 제 2 세퍼레이터(70)의 냉각수 통과구멍(70f)이 연료전지 스택(10)의 적층방향으로 연속하여 형성된 원통형상의 공동이다. 냉각수 공급 매니폴드(M5)로부터 공 급된 냉각수는, 연료전지(20) 내의 냉각수 통로(77)를 통하여 냉각수 배출 매니폴드(M6)로부터 배출된다. 또 각 구멍의 주위에는 도시 생략하나, 접착제로 이루어지는 시일층이 형성되어 있기 때문에, 각 매니폴드(M5, M6)는 액밀성이 유지되어 있어, 냉각수가 이것 이외의 부분으로 누출되는 일은 없다.

그런데, 제 1 세퍼레이터(30)와 제 2 세퍼레이터(70)의 사이에는, 도 1의 원내의 부분확대도에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터간 개재물(80)이 개재되어 있다. 이 세퍼레이터간 개재물(80)은, MEA(50)를 유지한 제 1 및 제 2 수지 프레임(40, 60)과, 제 1 세퍼레이터(30)와 제 1 수지 프레임(40)의 사이에 개재하는 시일층(S1)과, 제 2 세퍼레이터(70)와 제 2 수지 프레임(60)의 사이에 개재하는 시일층(S2)과, 제 1 수지 프레임(40)과 제 2 수지 프레임(60)의 사이에 개재하는 시일층(S3)에 의하여 구성되고, 두께는 수 mm 정도이다. 또 세퍼레이터간 개재물(80)의 외부로 노출되는 면중 제 1 수지 프레임(40)과 시일층(S3)과 제 2 수지 프레임(60)에 걸치는 정보기록부 형성장소(22)에는, 레이저조사에 의하여 광학적으로 판독 가능한 바코드(24)가 각인되어 있다. 이 바코드(24)의 각인은, 연료전지(20)를 조립한 후에 행하여진다. 이 바코드(24)의 코드번호는, 도시 생략한 컴퓨터의 하드디스크에 기억된 연료전지 고유정보에 대응지어져 있고, 이 바코드(24)를 도시 생략한 바코드 판독기로 판독하여 컴퓨터에 입력하면, 그 코드번호에 대응하는 연료전지 고유정보가 추출되어 도시 생략한 디스플레이에 표시된다. 연료전지 고유정보로서는, 연료전지(20)의 제조년월일, 이 연료전지(20)를 구성하는 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)의 각각에 대하여 사용한 프레스성형기나 제조년월일, 로트번 호 외에, 제 1 및 제 2 수지 프레임(40, 50)의 각각의 제조년월일이나 로트번호, 나아가서는 MEA(50)의 제조년월일이나 로트번호 등이 표시된다.

이상 상세하게 설명한 본 실시형태의 연료전지(20)에 의하면, 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)보다 두께가 두꺼운 또한 유연하게 형성된 세퍼레이터간 개재물(80) 중 외부로 노출되는 노출면에 바코드(24)가 설치되어 있기 때문에 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)의 두께나 재질에 상관없이 바코드(24)를 용이하게 설치할 수 있고 그 바코드(24)를 용이하게 판독할 수도 있다. 또 상기한 실시형태와 같이 각 세퍼레이터(30, 70)를 얇게 하여 세퍼레이터간 개재물(80)의 각 수지 프레임(40, 60)을 구조재로서 사용하는 경우에는, 정보기록부 형성장소(22)로서 수지 프레임(40, 60)의 측면을 유효하게 이용할 수 있다. 또한 세퍼레이터(30, 70)는 금속제의 두께가 얇은 판부재이기 때문에, 연료전지 스택(10)의 적층방향의 길이가 짧아져 콤팩트화가 도모되고, 연료전지(20) 사이의 저항이 작아져 발전효율이 좋아진다. 아울러 외기온이 낮은 경우, 연료전지 스택(10)의 운전 정지 후에 비열이 작은 금속의 사용량이 적기 때문에 연료전지 온도가 갑자기 내려 가는 일이 없어, 운전을 재시동할 때에 난기에 큰 에너지를 필요로 한다는 것도 없다. 그리고 또, 연료전지 스택(10) 내의 인접하는 2개의 연료전지(20)가 구비하는 바코드(24)는 적어도 세퍼레이터(30, 70)에 의하여 분리되어 있기 때문에, 한쪽의 바코드(24)를 판독할 때에 다른쪽의 바코드(24)와 간섭하여 판독하기 어렵게 되는 일이 없다.

또한 본 발명은 상기한 실시형태에 조금도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한, 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들면, 상기한 실시형태의 바코드(24)의 코드번호에 대응하는 연료전지 고유정보로서, 언제 어떠한 수리를 받았는지 등의 메인티넌스정보를 가하여도 좋다. 이들 정보는 기록/재기록이 가능하게 하여도 좋다.

또, 상기한 실시형태에서는 광학적으로 판독 가능한 바코드(24)를 채용하였으나, 이 바코드(24)의 코드번호를 인간이 시각에 의하여 판독할 수 있도록 문자화하여도 좋고, 기계적으로 판독할 수 있도록 코드패턴을 요철에 의하여 표시하여도 좋다. 또는, 자기적으로 판독할 수 있도록 자기테이프 등에 코드번호를 기록하거나, 전기적으로 판독할 수 있도록 IC 칩 등에 코드번호를 기록하거나 하여도 좋다. 또, 바코드(24)를 각인하는 대신에 바코드(24)를 시일로서 부착하여도 좋고, 바코드(24)를 잉크로 인쇄하여도 좋다. 또한 인쇄하는 경우에는 바코드(24)를 세퍼레이터간 개재물(80)의 색과는 확실하게 구별할 수 있는 색으로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기한 실시형태에서는, 바코드(24)의 코드번호에 연료전지 고유정보를 대응짓도록 하였으나, 바코드(24)를 2차원 바코드나 자기테이프, IC 칩 등의 기록매체 대신에, 연료전지 고유정보를 그것들의 기록매체에 직접 기록하도록 하여도 좋다. 이들 기록매체는 기록/재기록이 가능하게 하여도 좋다.

또한, 상기한 실시형태에서는 시일층(S1, S2, S3)은 부재끼리의 간극을 충전하도록 형성하였으나, 도 5에 나타내는 바와 같이 세퍼레이터간 개재물(80)의 바깥 둘레면을 덮도록 시일부재(26)를 설치하고, 시일부재(26)의 측면의 일부를 정보기록부 형성장소(22)로 하여도 좋다. 도 5는 이 때의 연료전지(20)의 개략을 나타내 는 단면도이다. 이와 같이 세퍼레이터간 개재물(80)의 바깥 둘레면을 시일부재(26)로 덮음으로써, 연료전지(20)의 내부에 형성되는 수소통로나 에어통로를 기밀한 상태로 유지할 수 있고, 이와 같은 경우에 시일부재(26)의 측면을 정보기록부 형성장소(22)로서 유효하게 이용할 수 있다. 또한 이 시일부재(26)는, 세퍼레이터간 개재물(80) 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)의 바깥 둘레면도 덮도록 하여도 좋다.

그리고 또 상기한 실시형태에서는, 연료전지 스택(10)을 구성하는 모든 연료전지(20)에 바코드(24)를 각인하도록 하였으나, 하나의 연료전지(20)에만 바코드(24)를 각인하도록 하고, 그 바코드(24)에는 연료전지 스택(10)을 구성하는 각 연료전지(20)의 고유정보 외에, 연료전지 스택(10)의 고유정보(출력특성 등)를 기록하여도 좋다. 또는 연료전지 스택(10)을 구성하는 연료전지(20)를 복수의 그룹으로 나누어 각 그룹에 대하여 1개의 연료전지(20)에만 바코드(24)를 각인하도록 하고, 그 바코드(24)에는 그 그룹에 속하는 각 연료전지(20)의 고유정보 외에, 그 그룹의 고유정보(출력특성 등)를 기록하여도 좋다.

그리고 또한 상기한 실시형태에서는 정보기록부 형성장소(22)로서 수지 프레임(40, 60)의 측면을 이용하였으나, 그 대신에 도 6에 나타내는 바와 같이 제 2 수지 프레임(60)의 측면에 돌출 설치된 돌출편(62)의 표면을 정보기록부 형성장소(122)로 하고, 이 정보기록부 형성장소(122)에 연료전지 고유정보가 기억된 2차원 코드(124)를 형성하여도 좋다. 이 경우, 돌출편(62)은 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)의 가장자리로부터 밀려 나와 있기 때문에, 2차원 코드(124)는 외부로 노출된 상태가 되어, 두께방향으로 보았을 때에 인식할 수 있다. 또는 도 7에 나타내는 바와 같이 제 2 세퍼레이터(70)의 4 모서리의 하나를 잘라내어 잘라냄부(72)로 하고, 그 잘라냄부(72)에서 제 2 수지 프레임(60)의 판면의 각을 노출시킴으로써 상기 노출면을 정보기록부 형성장소(222)로 하고, 이 정보기록부 형성장소(222)에 2차원 코드(124)와 동일한 2차원 코드(224)를 형성하여도 좋다. 이 경우도 2차원 코드(124)는 외부로 노출된 상태가 되어, 두께방향으로 보았을 때에 인식할 수 있다. 도 7에서는 4 모서리의 하나에 잘라냄부(72)를 형성하였으나, 그 대신에 모서리와 모서리를 연결하는 변을 내부로 오목해지도록 잘라 내어 제 2 수지 프레임(60)의 판면을 노출시켜 그 노출된 부분을 정보기록부 형성장소로서 이용하여도 좋다. 이와 같이 모서리나 변을 잘라내는 구성을 채용한 경우에는, 수지 프레임의 주변을 돌출시킬 필요가 없기 때문에, 도 6의 구성과 비교하여 연료전지의 크기가 소형이 된다. 또한 2차원 코드(124, 124)는 정보기록부 형성장소(122, 222)의 표면에 요철을 설치함으로써 형성하여도 좋고, 정보기록부 형성장소(122, 222)에 직접 인쇄하여도 좋으며, 부착 시일의 표면에 인쇄한 것을 정보기록부 형성장소(122, 222)에 부착하여도 좋다.

그리고 또한 상기한 실시형태에서는 세퍼레이터간 개재물(80) 중 외부로 노출되는 노출면에 바코드(24)를 설치하였으나, 그 대신에 세퍼레이터간 개재물(80) 중 제 1 및 제 2 수지 프레임(40, 60) 중 어느 하나에 바코드(24)와 동일한 코드번호가 기억되어 있는 IC 태그를 매설하여도 좋다. 이 경우, 판독기를 이용하여 lC 태그로부터 무선통신에 의하여 코드번호를 판독하고, 그것을 컴퓨터에 입력하면, 그 코드번호에 대응하는 연료전지 고유정보가 추출되어 도시 생략한 디스플레이에 표시된다. 이와 같은 IC 태그는, 수지 프레임(40, 60)이 아닌 시일층(S1∼S3) 중 어느 하나에 매설되어 있어도 좋다. 또한 제 1 및 제 2 세퍼레이터(30, 70)는 금속제이기 때문에 전자 시일드성이 높으므로, IC 칩을 매립한 후의 무선통신에 지장이 생길 염려가 있으나, 수지 프레임(40, 60)이나 시일층(S1∼S3)은 수지나 고무 등으로 제작되어 있기 때문에 전자 시일드성이 낮으므로, IC 칩을 매립한 후의 무선통신에 지장이 생길 염려가 없다.

본 출원은, 2005년 4월 14일에 출원된 일본국 특허출원제2005-117241호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의하여 그 내용의 모두가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 예를 들면 연료전지를 탑재한 차량이나 전자기기, 주택설비, 공장설비 등에 이용 가능하다.

Claims

한 쌍의 세퍼레이터와,

상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 개재하는 세퍼레이터간 개재물과,

상기 세퍼레이터간 개재물에 설치되어 연료전지에 관한 정보를 기록하는 정보기록부를 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은, 상기 세퍼레이터보다 두께가 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은, 상기 세퍼레이터보다 유연한 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정보기록부는, 상기 세퍼레이터간 개재물 중 외부로 노출되는 노출면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 4항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은 막전극 접합체를 유지하는 프레임부재를 가지고, 상기 노출면은 적어도 상기 프레임부재의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 4항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은 바깥 둘레를 따라 배치된 시일부재를 가지고, 상기 노출면은 적어도 상기 시일부재의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정보기록부는, 상기 세퍼레이터간 개재물에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 7항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은 막전극 접합체를 유지하는 프레임부재를 가지고, 상기 정보기록부는 상기 프레임부재에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 7항에 있어서,

상기 세퍼레이터간 개재물은 바깥 둘레를 따라 배치된 시일부재를 가지고, 상기 정보기록부는 상기 시일부재에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정보기록부는, 인간의 시각에 의하여 판독 가능한 정보 또는 광학적, 자기적, 전기적 또는 기계적으로 판독 가능한 정보를 기록하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한 쌍의 세퍼레이터는, 금속제로 두께가 얇은 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 연료전지.
복수의 연료전지를 적층한 연료전지 적층체에 있어서,

적어도 하나의 연료전지가 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지인 것을 특징으로 하는 연료전지 적층체.
복수의 연료전지를 적층한 연료전지 적층체에 있어서,

상기 복수의 연료전지 중 인접하는 2개의 연료전지가 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지이고, 상기 2개의 연료전지가 구비하는 상기 정보기록부끼리는 적어도 상기 2개의 연료전지의 세퍼레이터에 의하여 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 적층체.