CN101790811B - Mea部件和固体高分子型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MEA和固体高分子型燃料电池。在由高分子电解质膜-电极组件(MEA)和框体构成的MEA部件以及具备该MEA部件的固体高分子型燃料电池中，可以不使用特别的工具就能够简便地使MEA与框体分离。在MEA部件(7)中具备：具有高分子电解质膜(2)和配置于该高分子电解质膜(2)的主面两侧的一对电极(3，4)的MEA(5)，通过从两侧夹入并保持MEA(5)主面的周缘部从而将MEA(5)配设于框内的树脂制的板状框体(6)；并且其中设置有用于从框体(6)中分离MEA(5)的分离部。该分离部是配设于框体(6)中的用于将框体(6)分割成2个以上部分的虚线状的切割线(50)，或者是位于框体(6)的内周部分的被构成为部分夹持MEA(5)的周缘部的部分夹持部(55)。

Description

MEA部件和固体高分子型燃料电池
技术领域
本发明涉及由高分子电解质膜-电极组件(MEA)和框体构成的MEA部件以及具备该MEA部件的固体高分子型燃料电池的技术，该技术用于为了实现电极材料等的再生利用而能够分离回收MEA和框体。 
背景技术
近年来，燃料电池作为清洁能源而受到关注，作为燃料电池的一种形态，已知有固体高分子型燃料电池(以下称之为“PEFC(PolymerElectrolyte Fuel Cell)”)。PEFC以具有离子导电性的固体高分子膜作为电解质。作为这样的高分子电解质膜，例如使用：具有磺酸基的聚苯乙烯类的阳离子交换膜，由氟代烃磺酸和聚偏氟乙烯的混合物质构成的电解质膜，或者全氟化碳磺酸膜等。 
图26是表示使用固体高分子型燃料电池的发电系统的概要的图。例如，如图26所示，PEFC的电池堆99是具备多个层叠的基本构成单元即单电池10并且串联连接这些单电池10而成的电池堆。各个单电池10按下列顺序层叠而具备：形成有燃料气体流路的阳极侧隔板9，用阳极以及阴极这一对电极夹入高分子电解质膜而形成的膜-电极组件5(以下称之为“MEA(Membrane-Electrode-Assembly)”)，以及形成有氧化剂气体流路的阴极侧隔板8。 
在PEFC中，如果通过燃料气体流路将含有氢的燃料提供给阳极并且通过氧化剂气体流路将含有氧的氧化剂提供给阴极，那么燃料与氧化剂就会在阳极和阴极上发生反应，从而产生电和热。 
在上述那样的PEFC中，MEA5是薄膜状的，在以MEA5单体来组装电池堆99的时候难以进行操作。因此，例如，如专利文献1中所述的那样已知有：将设置有包围MEA5的框体6的“MEA部件7”作为1个单元来加以操作，从而改善MEA5的操作性。为了在框体与阳极侧隔板或者阴极侧隔板之间使燃料气体、氧化剂气体以及冷却水密 封而不使其发生泄漏，在框体上设计有密封垫圈(gasket)。 
专利文献1：日本特开2006-310288号公报 
发明内容
可是，在MEA的电极中使用了白金等的贵金属。因此，在废弃MEA的时候，应该是回收包含于电极中的贵金属以备再利用。如专利文献1中也记载的那样，在MEA部件中，通过由框体夹持MEA的周缘部，从而将MEA保持在框体的内部。在此，MEA是由框体以适度的压力所夹持的，所以难以从框体中只抽出MEA，如果想勉强地抽出MEA的话，那么恐怕就会弄破MEA。因此，为了使MEA与框体进行分离，需要不伤到MEA而破坏框体的工具。 
本发明是为了解决如以上所述的技术问题而做出的，目的在于提供一种MEA部件的构造，其用于不使用特别的工具而不会伤到MEA地简便地使MEA与框体进行分离。 
本发明的MEA部件具有：MEA，该MEA具有高分子电解质膜以及被配置于该高分子电解质膜的主面两侧的一对电极；树脂制的板状框体，该框体通过从两侧夹入并保持所述MEA的主面的周缘部从而将所述MEA配设于框内；以及分离部，该分离部用于从所述框体中分离所述MEA；所述分离部是被设置于所述框体上的用于将所述框体分割成2个以上的部分的虚线状的切割线。 
另外，本发明的固体高分子型燃料电池具备：所述MEA部件；和一对隔板，该一对隔板以夹入所述MEA部件的方式层叠于该MEA部件的两面上，并且在与所述电极相接触的区域设置有反应气体流路。 
在分离部为切割线的情况下，具有上述构成的MEA部件以及固体高分子型燃料电池能够通过剪切并牵拉框体的一部分从而沿着切割线切下或者破坏框体的一部分。因此，不需要使用特别的工具而且不会伤到MEA，就能够简便地使MEA与框体进行分离。 
在分离部为切割线的情况下，可以为：所述框体具有：贯通于所述高分子电解质膜的厚度方向的集流管(manifold)孔，以包围所述集 流管孔的方式被配置于所述框体上的集流管孔用密封垫圈，以及以包围所述电极的方式被配置于所述框体上的电极用密封垫圈；并且从所述高分子电解质膜的厚度方向看，所述切割线被设置在所述框体的包括形成有所述电极用密封垫圈的部分以及相对于该部分而言为外周侧的区域内，并且所述切割线被设置在所述框体的包括所述框体的形成有所述集流管孔用密封垫圈的部分以及相对于该部分而言为内周侧的区域内。 
由此，在利用切割线切下或者破坏框体的一部分时，可以有效地减弱夹持MEA的力，能够更加容易地抽出MEA。 
另外，可以是：从所述高分子电解质膜的厚度方向看，所述切割线被设置于所述框体的所述框体与所述MEA的周缘部相重叠的部分上，并且是由到达所述MEA的周缘部为止的多个断开处所形成的。 
由此，因为能够利用切割线切下或者破坏框体的夹持MEA的部分，所以能够有效地减弱夹持MEA的力，从而能够更加容易地抽出MEA。 
在上述MEA部件中，所述多个断开处的至少一部分也可以被所述电极用密封垫圈或者所述集流管孔用密封垫圈所填埋。 
由此，密封垫圈的一部分嵌入到形成切割线的断开处中，从而提高了框体与密封垫圈的接合性。另外，能够将切割线作为用于把密封垫圈设置于框体中的沟槽来加以利用。 
在上述MEA部件中，所述多个断开处可以在所述框体的第一主面和第二主面上交替地连续设置。或者，所述多个断开处可以被设置于所述框体的第一主面以及第二主面中的任意一者上。或者，所述多个断开处可以将所述MEA的周缘部夹于中间而相对地设置于所述框体的第一主面以及第二主面的两侧。 
另外，在上述MEA部件中，所述高分子电解质膜可以露出于所述MEA的周缘部，在所述MEA的周缘部，所述框体与所述高分子电解质膜可以相接触。或者，所述MEA部件可以是：在所述高分子电解质膜的周缘部设置有膜增强部件，在所述MEA的周缘部，所述框体与所 述膜增强部件相接触。 
另外，在分离部为部分夹持部的情况下，在上述MEA部件中可以是：所述部分夹持部具有：从所述框体的内周部分向内侧部分地突出的第1突出片，和从所述框体的内周部分向内侧部分地突出的第2突出片；并且所述MEA的周缘部被所述第1突出片和所述第2突出片所夹持。 
另外，在上述MEA部件中，也可以以规定的间隔连续形成有多个所述第1突出片，并以规定的间隔连续形成有多个所述第2突出片，所述第1突出片和所述第2突出片在所述框体的周方向上被交替配设。 
由此，在减少MEA被夹持的部分的面积的同时，使MEA的周缘部被均等地夹持。 
另外，在所述框体的至少一个主面侧，也可以使其整个内周部分被薄膜所覆盖。因为薄膜能够容易地被拆除，所以在使用时MEA能够被更加牢固地夹持，而且在分解时能够简便地使MEA与框体进行分离。 
本发明取得如以下所示的效果。 
根据本发明，在分离部为切割线的情况下，能够通过剪切并牵拉框体的一部分从而沿着切割线切下或者破坏框体的一部分。如果框体的一部分被破坏，那么由框体作用于MEA的夹持MEA的力就会减弱，从而能够容易地从框体中抽出MEA。因此，不需要使用特别的工具而且在不伤到MEA的情况下，就能够简便地使MEA与框体进行分离。 
附图说明
图1是将本发明的实施方式所涉及的固体高分子型燃料电池进行部分分解而示意性地表示其构造的立体图。 
图2是将固体高分子型燃料电池进行部分分解而表示被设置于隔板之间的冷却水供给流路的构造的立体图。 
图3是从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图4是从阳极侧的主面看MEA部件的图。 
图5是图3中的V-V向视截面图。 
图6是表示MEA构造的截面图。 
图7是表示MEA的其它形态1的构造的截面图。 
图8是表示MEA的其它形态2的构造的截面图。 
图9是表示MEA的其它形态3的构造的截面图。 
图10是对设置于框体中的切割线进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图11是对设置于框体中的切割线进行说明的MEA部件的部分图。 
图12是图11中的XII-XII向视端面截面图。 
图13是图11中的XIII-XIII向视端面截面图。 
图14是表示利用切割线来切下框体的一部分的情况的图。 
图15是对设置于框体中的切割线的变形例1进行说明的MEA部件的部分图。 
图16是图15中的XVI-XVI向视端面截面图。 
图17是对设置于框体中的切割线的变形例2进行说明的MEA部件的部分图。 
图18是图17中的XVIII-XVIII向视端面截面图。 
图19是对设置于框体的切割线的变形例3进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图20是说明框体成型工序的图。 
图21是对设置于框体中的部分夹持部进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图22是对设置于框体中的部分夹持部进行说明的从阳极侧的主面看MEA部件的图。 
图23是图21中的XXIII-XXIII向视端面截面图。 
图24是图21中的XXIV-XXIV向视端面截面图。 
图25是表示MEA部件的其它形态的构造的截面图。 
图26是表示使用固体高分子型燃料电池的发电系统概要的图。 
图4是从阳极侧的主面看MEA部件的图。 
图5是图3中的V-V向视截面图。 
图6是表示MEA构造的截面图。 
图7是表示MEA的其它形态1的构造的截面图。 
图8是表示MEA的其它形态2的构造的截面图。 
图9是表示MEA的其它形态3的构造的截面图。 
图10是对设置于框体中的切割线进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图11是对设置于框体中的切割线进行说明的MEA部件的部分图。 
图12是图11中的XII-XII向视端面截面图。 
图13是图11中的XIII-XIII向视端面截面图。 
图14是表示利用切割线来切下框体的一部分的情况的图。 
图15是对设置于框体中的切割线的变形例1进行说明的MEA部件的部分图。 
图16是图15中的XVI-XVI向视端面截面图。 
图17是对设置于框体中的切割线的变形例2进行说明的MEA部件的部分图。 
图18是图17中的XVIII-XVIII向视端面截面图。 
图19是对设置于框体的切割线的变形例3进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图20是说明框体成型工序的图。 
图21是对设置于框体中的部分夹持部进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。 
图22是对设置于框体中的部分夹持部进行说明的从阳极侧的主面看MEA部件的图。 
图23是图21中的XXIII-XXIII向视端面截面图。 
图24是图21中的XXIV-XXIV向视端面截面图。 
图25是表示MEA部件的其它形态的构造的截面图。 
图26是表示使用固体高分子型燃料电池的发电系统概要的图。 
以下参照附图说明本发明的优选实施方式。还有，以下，在所有的图中，将相同的参照符号标注于相同或者相当的要素上，省略重复说明。 
(实施方式1) 
接着，就本发明的实施方式1所涉及的附有框体的膜-电极组件以及固体高分子型燃料电池作如下说明。以下将膜-电极组件记作为“MEA”，将附有框体的膜-电极组件记作为“MEA部件”，将固体高分子型燃料电池记作为“PEFC”。 
[PEFC的构成] 
首先说明PEFC的构成。图1是将本发明的实施方式所涉及的固体高分子型燃料电池进行部分分解而示意性地表示的其构造的立体图，图2是将固体高分子型燃料电池进行部分分解而表示被设置于隔板之间的冷却水供给流路的构造的立体图，图26是表示使用固体高分子型燃料电池的发电系统的概要的图。 
如图1、2、26所示，PEFC的电池堆99为了输出高电压而具备被串联层叠的多个单电池10，10，……。在这些单电池10，10，……的层叠方向的两侧，分别按下列顺序层叠有：设置了电输出端子81a的集电板81、绝缘板82以及端板83。该层叠体是在由被配置于层叠方向的两端部的端板83，83从层叠方向两侧向进行压缩的方向加压的状态下，使用螺栓以及螺母(均省略了图示)来进行紧固连结的。 
[单电池10] 
在此，就作为电池堆99的基本构成单元的单电池10的构造作如下说明。单电池10具备：MEA部件7、以夹入MEA部件7的方式被层叠于其两个主面上的阳极侧隔板9以及阴极侧隔板8这一对隔板。 
图3是从阴极侧的主面看MEA部件的图。图4是从阳极侧的主面看MEA部件的图。图5是图3中的V-V向视截面图。如图3～5所示，MEA部件7具备MEA5和板状的框体6，MEA5具有高分子电解质膜2以及在高分子电解质膜2的两个主面上除去周缘部以外的区域上层 叠的阳极3以及阴极4这一对电极3，4，框体6通过夹持高分子电解质膜2的周缘部从而将MEA5的电极配设于框内。阳极3和阴极4分别具备：接触于高分子电解质膜2的催化剂层3a，4a，和覆盖催化剂层3a，4a的气体扩散层3b，4b。关于MEA部件7的构成将在后面加以详述。 
在MEA部件7的框体6、阳极侧隔板9以及阴极侧隔板8上，以将下列各个孔贯通于其主面的方式设置有：螺栓孔17，27，37、燃料气体供给集流管孔11，21，31、燃料气体排出集流管孔12，22，32、氧化剂气体供给集流管孔13，23，33、氧化剂气体排出集流管孔14，24，34、冷却水供给集流管孔15，25，35、以及冷却水排出[0080] 如图1、2、26所示，PEFC的电池堆99为了输出高电压而具备被串联层叠的多个单电池10，10，……。在这些单电池10，10，……的层叠方向的两侧，分别按下列顺序层叠有：设置了电输出端子81a的集电板81、绝缘板82以及端板83。该层叠体是在由被配置于层叠方向的两端部的端板83，83从层叠方向两侧向进行压缩的方向加压的状态下，使用螺栓以及螺母(均省略了图示)来进行紧固连结的。 
[单电池10] 
在此，就作为电池堆99的基本构成单元的单电池10的构造作如下说明。单电池10具备：MEA部件7、以夹入MEA部件7的方式被层叠于其两个主面上的阳极侧隔板9以及阴极侧隔板8这一对隔板。 
图3是从阴极侧的主面看MEA部件的图。图4是从阳极侧的主面看MEA部件的图。图5是图3中的V-V向视截面图。如图3～5所示，MEA部件7具备MEA5和板状的框体6，MEA5具有高分子电解质膜2以及在高分子电解质膜2的两个主面上除去周缘部以外的区域上层 叠的阳极3以及阴极4这一对电极3，4，框体6通过夹持高分子电解质膜2的周缘部从而将MEA5的电极配设于框内。阳极3和阴极4分别具备：接触于高分子电解质膜2的催化剂层3a，4a，和覆盖催化剂层3a，4a的气体扩散层3b，4b。关于MEA部件7的构成将在后面加以详述。 
在MEA部件7的框体6、阳极侧隔板9以及阴极侧隔板8上，以将下列各个孔贯通于其主面的方式设置有：螺栓孔17，27，37、燃料气体供给集流管孔11，21，31、燃料气体排出集流管孔12，22，32、氧化剂气体供给集流管孔13，23，33、氧化剂气体排出集流管孔14，24，34、冷却水供给集流管孔15，25，35、以及冷却水排出集流管孔16，26，36。燃料气体供给集流管孔11，21，31和燃料气体排出集流管孔12，22，32在电池堆99的状态下相连通，从而分别形成燃料气体供给集流管91和燃料气体排出集流管92。氧化剂气体供给集流管孔13，23，33和氧化剂气体排出集流管孔14，24，34在电池堆99的状态下相连通，从而分别形成氧化剂气体供给集流管93和氧化剂气体排出集流管94。冷却水供给集流管孔15，25，35和冷却水排出集流管孔16，26，36在电池堆99的状态下相连通，从而分别形成冷却水供给集流管95和冷却水排出集流管96。 
在阳极侧隔板9的接触于MEA5的阳极3的气体扩散层3b的面上，以连结燃料气体供给集流管孔21与燃料气体排出集流管孔12之间的方式，设置有燃料气体流路沟槽28。燃料气体流路沟槽28是跨越阳极侧隔板9的MEA5所接触的大至整个面而被形成为盘蛇状。该燃料气体流路沟槽28在处于层叠状态的单电池10的MEA部件7与阳极侧隔板9之间，形成了连结燃料气体供给集流管孔21和燃料气体排出集流管孔22的燃料气体流路98。 
另一方面，在阴极侧隔板8的接触于MEA5的阴极4的气体扩散层4b的面上，以连结氧化剂气体供给集流管孔33与氧化剂气体排出集流管孔34之间的方式，设置有氧化剂气体流路沟槽38。氧化剂气体流路沟槽38是跨越阴极侧隔板8的MEA5所接触的大至整个面而被形成为盘蛇状。该氧化剂气体流路沟槽38在处于层叠状态的单电池10的MEA部件7与阴极侧隔板8之间，形成了连结氧化剂气体供给集流管孔33和氧化剂气体排出集流管孔34的氧化剂气体流路97。 
另外，如图2所示，在阳极侧隔板9的与阴极侧隔板8相接触的 面上，以连结冷却水供给集流管孔25与冷却水排出集流管孔26之间的方式，设置有被形成为盘蛇状的冷却水流路沟槽29。另外，在阴极侧隔板8的与阳极侧隔板9相接触的面上，以连结冷却水供给集流管孔35与冷却水排出集流管孔36之间的方式，设置有被形成为盘蛇状的冷却水流路沟槽39。这些冷却水流路沟槽29，39在电池堆99中被配置成相接合，并且在单电池10，10彼此的层叠面之间形成连结冷却水供给集流管孔25，35和冷却水排出集流管孔26，36的冷却水流路。 
还有，隔板8，9只要是气体不透过性的导电性材料即可，例如，一般使用将浸渍了树脂的碳材料切削成规定的形状而成的隔板、对碳粉末和树脂材料的混合物进行成型而成的隔板等。 
[PEFC发电时的动作] 
在此，就具有上述构成的PEFC发电时的动作作如下说明。如图26所示，将含有氢的燃料气体提供给电池堆99。燃料气体被导入到燃料气体供给集流管91中，并且进一步在各个单电池10的燃料气体流路98中流动的过程中，被提供给MEA5的阳极3，剩余的燃料气体通过燃料气体排出集流管92而被排出至电池堆99的外面。另外，将含有氧的氧化剂气体(在此为空气)提供给电池堆99。氧化剂气体被导入到氧化剂气体供给集流管93中，并且进一步在各个单电池10的氧化剂气体流路97中流动的过程中，被提供给MEA5的阴极4，剩余的氧化剂气体通过氧化剂气体排出集流管94而被排出至电池堆99的外面。由此，在将燃料气体和氧化剂气体提供给MEA5之后，它们在电极3，4上发生电化学反应，从而产生电、热以及水。 
在PEFC中所产生的热被冷却水回收，该冷却水按照冷却水储槽85、电池堆99的冷却水供给集流管95、各个单电池10，10之间的冷却水流路、以及冷却水排出集流管96的顺序进行循环。在冷却水的循环路径中设置有热交换器86，被冷却水回收的热转移到在热交换器86和热水储罐87中循环的水中，于是，变成热水而被储存于热水储罐87中。另一方面，在PEFC中所产生的电由输出控制装置88从集电板81的电输出端子81a中输出，而被提供给电力负载。 
[MEA部件7] 
在此，就MEA部件7的构成作如下详细的说明。图3是从阴极侧的主面看MEA部件的图，图4是从阳极侧的主面看MEA部件的图，图5是图3中的V-V向视截面图，图6是表示MEA构造的截面图。 
首先，就作为MEA部件7的核心的MEA5的构成作如下说明。如图3～图6所示，MEA5是由高分子电解质膜2、被层叠于高分子电解质膜2的第一主面上的阳极3以及被层叠于第二主面上的阴极4构成的。在本实施方式中，高分子电解质膜2为大致四边形，阳极3以及阴极4的各个电极3，4也为大致四边形，高分子电解质膜2以余下四边的周缘部的方式被电极3，4所覆盖。 
高分子电解质膜2是被认为选择性地透过氢离子的离子交换膜。对于高分子电解质膜2来说，优选由NAFION(NAFION为E.I.du Pontde Nemours and Company的注册商标)所示例的全氟化碳磺酸膜。 
阳极3具备并层叠有：以担载了铂-钌合金催化剂的碳粉末作为主要成分的催化剂层3a，和兼具通气性和电子传导性的气体扩散层3b。另一方面，阴极4具备并层叠有：以担载了铂催化剂的碳粉末作为主要成分的催化剂层4a，和兼具通气性和电子传导性的气体扩散层3b。通常，具有这样构成的MEA5通过依次将催化剂层3a，4a以及气体扩散层3b，4b由涂布或者转印等的方法形成在高分子电解质膜2上从而被制造。 
还有，如图6所示，MEA5的周缘部也可以是原样保持高分子电解质膜2露出的状态，但是为了实现薄膜状高分子电解质膜2的保护与增强，也可以设置由树脂或者弹性体构成的保护膜71作为高分子电解质膜保护部件。在MEA5中具备保护膜71的情况下，在MEA5的周缘部表面上显现出保护膜71而不是高分子电解质膜2。 
图7是表示MEA的其它形态1的构造的截面图，图8是表示MEA的其它形态2的构造的截面图，图9是表示MEA的其它形态3的构造的截面图。例如，如图7所示，保护膜71可以被设置成：当从高分子电解质膜2的厚度方向看时，与电极3，4的周缘部部分重叠，而覆盖高分子电解质膜2的两个主面的周缘部。另外，保护膜71可以是，如图8所示，呈大致矩形框状，与露出于被层叠了的电极3，4之间的高分子 电解质膜相接合的形态。例如，可以应用日本特开平5-234606号公报中所述的技术来制作这样的保护膜71。或者，如图9所示，保护膜71也可以是正合适地覆盖高分子电解质膜2的没有被电极3，4覆盖的周缘部那样的形态。这样的保护膜71例如可以应用日本特表平7-501417号公报中所述的技术来加以制作。 
接着，就框体6的构造作如下说明。框体6具有作为在隔板8，9之间封闭MEA5的密封垫圈的功能以及作为使MEA5具备良好操作性的保持部件的功能。 
框体6是在面的大致中央部具有大致矩形开口60的薄板状的大致矩形状的框，在开口60内(框内)设置有MEA5。框体6具有在厚度方向上分成二部分的构造，即接触于阳极侧隔板9的第一面部件6a以及接触于阴极侧隔板8的第二面部件6b。于是，第一面部件6a和第二面部件6b通过将MEA5的周缘部夹入其中间而加以夹持，从而以电极3，4露出于框体6的开口60的状态将MEA5保持于框体6中。 
框体6的至少与隔板8，9相接触的面最好是由具有弹性的材料构成。在本实施方式中，框体6是由热塑性树脂构成的。再有，在框体6的两侧主面上设置有密封垫圈73。在MEA部件7于隔板8，9之间被加压后，框体6以及密封垫圈73发生弹性变形从而紧密贴合于隔板8，9。如以上所述，框体6作为在隔板8，9与MEA5之间互相以及相对于外部来封闭反应气体以及冷却水的密封垫圈行使其功能。 
密封垫圈73以使燃料气体和氧化剂气体这些反应气体、以及冷却水不从规定的流路漏出的方式被配置于框体6上。具体是，密封垫圈73在框体6的各个主面上，设置有：被形成于包围各个集流管孔(燃料气体供给集流管孔11、燃料气体排出集流管孔12、氧化剂气体供给集流管孔13、氧化剂气体排出集流管孔14、冷却水供给集流管孔15以及冷却水排出集流管孔16)的位置上的集流管孔用密封垫圈73a，以及在框体6的内周部被形成于包围MEA5的电极3，4的位置上的电极用密封垫圈73b。还有，在本实施方式中，集流管孔用密封垫圈73a和电极用密封垫圈73b是以密封垫圈没有断开处的方式连在一起加以形成的，但是根据密封垫圈的功能以及位置而分开来称之为集流管孔用密封垫圈73a和电极用密封垫圈73b。 
再有，框体6具有用于从框体6中分离MEA5的分离部，在这里，该分离部是用于将框体6分割成2个以上部分的虚线状的切割线50。图10是对设置于框体上的切割线进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图，图11是对设置于框体的切割线进行说明的MEA部件的部分图，图12是图11中的XII-XII向视端面截面图，图13是图11中的XIII-XIII向视端面截面图，图14是表示利用切割线切下框体的一部分的情况的图。 
如图10所示，在本发明中被设置于框体6上的“切割线50”是指，以描绘出线的方式按规定间隔所设置的多个断开处。在此，“断开处”是指被设置于框体表面的孔，孔既可以是凹陷部又可以是贯通孔。另外，各个断开处的形状并没有特别的限定，例如，从MEA部件7的主面侧(高分子电解质膜2的厚度方向)进行观察，既可以是长方形又可以是菱形，也可以是圆形。该切割线50优选为其一端或者两端与框体6的内周缘或者外周缘相连。如果利用这样的切割线50，那么例如如图14所示，能够切割下框体6的一部分(T)。但是，并不一定必须切割线50的一端或者两端与框体6的内周缘或者外周缘相连，也可以通过利用切割线50来使框体6的一部分破裂，从而破坏框体6的一部分。总之，切割线50虽然最好是能够将框体6分割成2个以上部分的线，但并不一定是必须的，只要是能够破坏框体6的一部分的线即可。 
从MEA部件7的主面侧(高分子电解质膜2的厚度方向)看，切割线50被设置于框体6的、框体6与MEA5的周缘部相重叠的部分上。还有，从MEA部件7的主面侧看，图10以及图11所表示的切割线50被设置于与电极用密封垫圈73b相重叠的位置。 
并且，如图12所示，形成切割线50的多个断开处75，75……具有将被夹持于框体6中的MEA5的周缘部在底部显露出的深度。也就是说，断开处75，75……到达MEA5的周缘部为止。在此，在高分子电解质膜2露出于MEA5周缘部的情况下，显露在断开处75的底部的是高分子电解质膜2；在以保护膜71覆盖MEA5的周缘部的情况下，显露在断开处75的底部的是保护膜71。 
如图12以及图13(a)所示，形成切割线50的多个断开处75，75……在框体6的第一主面和第二主面这两个主面上开口，并且夹着MEA5 而相对。但是，切割线50并不一定必须设置于框体6的第一主面和第二主面这二者上，也可以只在一者上。例如，如图13(b)所示，形成切割线50的断开处75可以只在框体6的第一主面侧开口，或者只在框体6的第二主面侧开口。如以上所述如果将切割线50只设置于框体6的单面侧，那么能够在抑制框体6的刚性发生降低的同时设置切割线。另外，形成切割线50的断开处75并不一定必须隔着MEA5而相对。例如，如图13(c)所示，也可以在框体6的第一主面侧与第二主面侧交替连续地来设置断开处75。 
因为在框体6上设置了这样的切割线50，所以在剪切并牵拉作为被切割的一侧的框体6的一部分时，框体6在切割线50处被割裂，所以能够切下或者破坏夹持框体6的MEA5的周缘部的一部分。如果破坏了夹持框体6的MEA5的周缘部的一部分，那么由框体6作用于MEA5的夹持MEA5的力被部分或者全部开放，所以成为容易从框体6中取出MEA5的状态。因此，可以不使用特别的工具并且不会伤到MEA5而简便地使MEA5与框体6进行分离。 
还有，从MEA部件7的主面侧进行观察，切割线50最好是被设置于框体6的包含形成有电极用密封垫圈73b的部分以及相对于该部分更加外周侧的区域内，并且被设置于包含形成有集流管孔用密封垫圈73a的部分以及相对于该部分更加内周侧的区域内。如果将切割线50设置于如以上所述的位置，那么通过在切割线50上切开框体6，从而破坏夹持框体6的MEA5的部分，直接削弱把持MEA5的力。因此，就能够更加顺利地从框体6中取出MEA5。 
图15是对被设置于框体上的切割线的变形例1进行说明的MEA部件的部分图，图16是图15中的XVI-XVI向视端面截面图，图17是对被设置于框体上的切割线的变形例2进行说明的MEA部件的部分图，图18是图17中的XVIII-XVIII向视端面截面图。例如，从MEA部件7的主面侧进行观察，由图15以及图16所表示的切割线50被设置于由框体6的集流管孔用密封垫圈73a和电极用密封垫圈73b所夹的部分中。另外，例如，从MEA部件7的主面侧进行观察，由图17以及图18所表示的切割线50被设置于框体6的与集流管孔用密封垫圈73a相重叠的部分。 
并且，如图12以及图18所示，从MEA部件7的主面侧进行观察，在切割线50与密封垫圈73相重叠的情况下，可以由密封垫圈材料填埋该断开处。由此，就能够期待由流入到断开处中的密封垫圈73的一部分来提高框体6与密封垫圈73的接合性。再有，在将密封垫圈73设置于框体6的时候，有时形成有用于将密封垫圈73保持于框体6上的沟槽，但可以将切割线50作为该沟槽来加以利用。 
还有，上述的切割线50都是以包围MEA5的电极3，4的方式以环状被设置于框体6上，但是并不一定被设置成环状。图19是对设置于框体上的切割线的变形例3进行说明的从阴极侧的主面看MEA部件的图。例如，如图19所示，切割线50也可以是连接框体6的内周缘与外周缘的线。 
[框体的成型方法] 
接着，就将具有切割线50的框体6通过注塑成型成型于MEA5上的方法作如下说明。图20是说明框体成型工序的图。 
如图20(a)所示，使框体6成型的模具58具备固定模62、和被安装于没有图示的成型机上并相对于固定模62能够进退移动的可移动模61。在可移动模61上设置有导销63，在固定模62上设置有导销套64，并通过将导销63插入导销套64中作导向，从而能够使可移动模61相对于固定模62在规定方向上作进退移动。在固定模62上安装有固定具有成型产品的造型面66a的第一成型模(图示被省略)的凹模板66，在可移动模61上安装有固定了具有成型产品的造型面65a的第二成型模(图示被省略)的芯板65。然后，通过将凹模板66和芯板65合并起来，从而将被造型面66a，66b包围的凹模腔形成于凹模板66与芯板65之间。另外，在芯板65上设置有作为材料树脂进行流动的流路的流道67以及浇口68。另外，在固定模62上设置有用于取出在凹模板66的造型面上的成型产品的顶出针59。 
在说明使用了上述构成的模具58的框体6的成型方法的过程中，框体6的第一面部件6a是作为预先被成型的部件。第一面部件6a并不限于注塑成型，也能够由其他的成型手法来加以成型。 
首先，如图20(b)所示，第一面部件6a被载置于凹模板66的造 型面66a的规定位置。接着，如图20(c)所示，以使MEA5的周缘部接触于被载置于凹模板66造型面66a上的第一面部件6a的方式，将MEA5载置于第一面部件6a上。接着，如图20(d)所示，可移动模61向接近固定模62的方向移动并进行模紧固。在此，芯板65相对于凹模板66被压接，从而在凹模板66和芯板65之间形成凹模腔。 
在如以上所述模被紧固的状态下，被保持于模腔中的MEA5的周缘部被形成于芯板65的造型面65a上的挤压部69以及凹模板66的造型面66a所夹持而被固定。该挤压部69是被设置成形成描绘出切割线50的多个断开处75，75……的凸部。在该状态下，高温高压的树脂材料被注入凹模腔内，而在凹模腔中MEA5的周缘部的一部分成为被挤压部69所挤压而被固定的状态，所以抑制了浮起或者卷起的发生。 
然后，如图20(e)所示，在紧固的模具58中，将材料树脂注入到流道67中。材料树脂经过流道67并通过浇口68流入到凹模腔中，从而材料树脂被充填在了凹模腔中。在经过铸模时间后，如图20(f)所示，可移动模61朝着离开固定模62的方向移动而打开模，再有，由顶出针59从模上使成型产品脱模，从模具58中取出成型产品。 
由上述注塑成型工序，在框体6的第一面部件6a和第二面部件6b之间形成MEA5周缘部被夹持的状态的MEA部件7。在此，贯通至MEA5表面的孔作为造型面65a的挤压部69的印迹而被形成于第二面部件6b上。该孔成为形成切割线50的断开处75。 
(实施方式2) 
接着，参照图21～图24就本发明的实施方式2所涉及的MEA部件(附有框体的模-电极组件)作如下说明。还有，关于实施方式2所涉及的PEFC(固体高分型燃料电池)，除了MEA部件之外具有与实施方式1所涉及的PEFC相同的构成，所以在实施方式2相关的PEFC的说明中省略对其说明。图21是从阴极侧的主面看实施方式2所涉及的MEA部件的图，图22是从阳极侧的主面看实施方式2所涉及的MEA部件的图，图23是图21中的XXIII-XXIII向视端面截面图，图24是图21中的XXIV-XXIV向视端面截面图。还有，在这些图中由图10等所图示的密封垫圈73被省略了。 
如图21所示，实施方式2所涉及的MEA部件7具有MEA5、框体6以及分离部，在这一点上是与实施方式1所涉及的MEA部件相共通的。但是，实施方式1所涉及的MEA部件7的分离部为切割线50，而在实施方式2所涉及的MEA部件7的分离部为部分夹持部55，在这一点上两者的构成是有所不同的。以下就在实施方式2所涉及的MEA部件7的构成中与实施方式1不相同点的分离部(部分夹持部55)的构成加以说明。 
如以上所述，在实施方式2中分离部是部分夹持部55。如图21以及图22所示，部分夹持部55被形成于框体6的内周部分，并且被构成为部分夹持MEA5的周缘部。在此，所谓“部分夹持”是指除去夹持该处整个面的情况的意思，在从局部看的情况下被夹持的部分与没有被夹持的部分混合存在的情况相当于该“部分夹持”。 
另外，部分夹持部55主要是由图21所表示的第1突出片56和图22所表示的第2突出片57构成的。 
如图21所示，第1突出片56是跨越框体6的内周部分的整周而形成多个。各个第1突出片56从框体6的内周部分向内侧突出，另外，是按规定的间隔连续形成的。第1突出片56具有前端部分的宽度较基端部分的宽度来得宽的T字状的形状，另外，基端被构成为与MEA5的外缘相一致(参照图23)。并且，如图24所示，第1突出片56位于框体的MEA的阴极侧(图24的纸面上侧)。还有，在氧化剂气体供给集流管孔13以及氧化剂气体排出集流管孔14的附近形成了宽的长方形状的第1突出片56，这个是为了防止发生阻碍氧化剂气体从氧化剂气体供给集流管孔13到氧化剂气体排出集流管孔14的流动的情况。 
另一方面，如图22所示，第2突出片57也是在框体6的内周部分的整周上形成多个。各个第2突出片57是从框体6的内周部分向内侧突出，另外，是按规定的间隔连续形成的。第2突出片57具有前端部分的宽度较基端部分的宽度来得宽的T字状的形状，另外，基端是被构成为与MEA5的外缘相一致。并且，如图24所示，第2突出片57位于框体6的MEA5的阳极侧(图24的纸面下侧)。还有，在燃料气体供给集流管孔11以及燃料气体排出集流管孔12的附近形成宽的长方形状的第2突出片57，这是为了防止发生障碍燃料气体从燃料气 体供给集流管孔11到燃料气体排出集流管孔12的流动的情况。 
并且，如图24所示，第1突出片56和第2突出片57是沿着MEA5(高分子电解质膜2)的周缘部(在框体6的周方向上)被交替设置的。严格地来说，在从MEA部件7的主面侧进行观察的时候，第1突出片56和第2突出片57是被交替设置的，第1突出片56的侧缘部分和第2突出片57的侧缘部分被形成为相重叠。如以上所述，MEA5由第1突出片56和第2突出片57所夹持，但并不是MEA5在周缘部的“整个面”上接触于第1突出片56或者第2突出片57。也就是说，MEA5的周缘部是由第1突出片56以及第2突出片57“部分”夹持的。还有，在图24中图示成由第1突出片56和第2突出片57直接夹持MEA5的高分子电解质膜2，但是在如图7～9所示那样MEA5的周缘部被保护膜71覆盖的情况下，第1突出片56以及第2突出片57成为经由保护膜71夹持MEA5。 
如以上所述，在实施方式2中，利用第1突出片56和第2突出片57进行的MEA5的夹持是部分夹持，但是整体上来看，MEA5是在周缘部的整周上被夹持，所以在MEA5在厚度方向上的移动受到可靠地限制。另一方面，MEA5因为是被部分夹持，所以与MEA5的周缘部全体被夹持的情况相比较，MEA5被夹持的部分的面积变小了，可以在与厚度方向垂直的方向上容易地抽出MEA5。特别是在交替设置第1突出片56和第2突出片57的情况下，其效果是显著的。因此，例如在一边弯曲MEA部件7整体一边从框体6(部分夹持部55)中抽出MEA5的情况下，能够容易地从框体6中拆除MEA5。 
以上是实施方式2所涉及的MEA部件7，特别是分离部(部分夹持部55)的构成。还有，实施方式2所涉及的MEA部件7与实施方式1所涉及的MEA部件7同样可以通过采用分成二部分的构造从而由以图20表示的注塑成型工序来加以制造。也就是说，预先制造相当于框体6的阳极侧部分(也包含第2突出片57)的第一面部件6a(参照图20(b))，在其上面载置MEA5(参照图20(c))，在其上面进一步由注塑成型使相当于框体6的阴极侧部分(也包含第1突出片56)的第二面部件6b成型(参照图20(d)以及(e))。由此，形成MEA5的周缘部被夹持在框体6的第一面部件6a与第二面部件6b之间(第1 突出片56与第2突出片57之间)的状态的MEA部件7。 
还有，如图25所示，最好用由树脂或者弹性体构成的薄膜72来覆盖框体6的内周部分的整体。在此所谓“内周部分的整体”是指包含下列部分的区域，这些部分为：第1突出片56、MEA5周缘部的从第1突出片56与第1突出片56之间看得到的部分、第2突出片57、以及MEA5周缘部的从第2突出片57与第2突出片57之间看得到的部分。薄膜72能够堵塞MEA5与框体6之间所产生的间隙，同时还能够防止出现第1突出片56和第2突出片57在使用中发生折断或者MEA5在框体6内发生摇摆的情况。还有，在从框体6中拆除MEA5的时候，虽然有必要先除去薄膜72，但是上述的薄膜72能够容易地被剥除，所以在操作上不会成为大的负担。 
另外，以上就第1突出片56和第2突出片57为T字状的情况作了说明，但是第1突出片56和第2突出片57的形状并不限定于此，例如各个突出片也可以被形成为从基端至前端其宽度为相同的长方形状。但是，如果第1突出片56和第2突出片57为T字状，那么与长方形的情况相比较就能够减少材料。 
另外，以上就第1突出片56和第2突出片57在框体6的周方向上被交替设置的情况作了说明，但是并不一定进行交替设置，也可以构成为：从MEA部件7的主面侧进行观察的时候，第1突出片56和第2突出片57全部或者部分重叠。 
另外，以上就第1突出片56和第2突出片57的基端与MEA5的外缘相一致的情况作了说明，但是第1突出片56和第2突出片57的基端也可以被构成为位于MEA5的外缘的内侧。也就是说，MEA5的周缘部可以构成为较图23所表示的情况更加陷入到框体6的内部。如由这样的构成，能够防止在MEA5与框体6之间产生间隙。 
以上参照附图就本发明所涉及的实施方式1以及实施方式2作了说明，但是具体的构成并不限定于这些实施方式，即使有不脱离本发明的宗旨的范围的设计变更等，也属于本发明。 
产业上的利用可能性 
本发明是关于由高分子电解质膜-电极组件(MEA)和框体构成的 MEA部件以及具备该MEA部件的固体高分子型燃料电池，其作为具有能够从框体中分离回收MEA的构造的MEA部件，能够得到广泛应用。 
符号说明 
2高分子电解质膜 
3阳极 
4阴极 
5MEA(膜-电极组件) 
6框体 
7MEA部件 
8阴极侧隔板 
9阳极侧隔板 
10单电池 
11燃料气体供给集流管孔 
12燃料气体排出集流管孔 
13氧化剂气体供给集流管孔 
14氧化剂气体排出集流管孔 
15冷却水供给集流管孔 
16冷却水排出集流管孔 
17螺栓孔 
50切割线 
55部分夹持部 
56第1突出片 
57第2突出片 
72薄膜 
73密封垫圈 
73a集流管孔用密封垫圈 
73b电极用密封垫圈 
75断开处 

Claims (13)

1.一种MEA部件，其特征在于：
具备：
MEA，该MEA具有高分子电解质膜以及被配置于该高分子电解质膜的主面两侧的一对电极，
树脂制的板状框体，该框体通过从两侧夹入并保持所述MEA的主面的周缘部从而将所述MEA配设于框内，以及
分离部，该分离部用于从所述框体中分离所述MEA；
所述分离部是被设置于所述框体上的用于将所述框体分割成2个以上的部分的虚线状的切割线。
2.如权利要求1所述的MEA部件，其特征在于：
所述框体具有：贯通于所述高分子电解质膜的厚度方向的集流管孔，以包围所述集流管孔的方式被配置于所述框体上的集流管孔用密封垫圈，以及以包围所述电极的方式被配置于所述框体上的电极用密封垫圈；
从所述高分子电解质膜的厚度方向看，所述切割线被设置在所述框体的包括形成有所述电极用密封垫圈的部分以及相对于该部分而言为外周侧的区域内，并且所述切割线被设置在所述框体的包括形成有所述集流管孔用密封垫圈的部分以及相对于该部分而言为内周侧的区域内。
3.如权利要求1或2所述的MEA部件，其特征在于：
从所述高分子电解质膜的厚度方向看，所述切割线被设置于所述框体的所述框体与所述MEA的周缘部相重叠的部分上，并且是由到达所述MEA的周缘部为止的多个断开处所形成的。
4.如权利要求3所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处的至少一部分被所述电极用密封垫圈或者所述集流管孔用密封垫圈所填埋。
5.如权利要求3所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处在所述框体的第一主面和第二主面上交替地连续设置。
6.如权利要求4所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处在所述框体的第一主面和第二主面上交替地连续设置。
7.如权利要求3所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处被设置于所述框体的第一主面以及第二主面中的任意一者上。
8.如权利要求4所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处被设置于所述框体的第一主面以及第二主面中的任意一者上。
9.如权利要求3所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处将所述MEA的周缘部夹于中间而相对地设置于所述框体的第一主面以及第二主面的两侧。
10.如权利要求4所述的MEA部件，其特征在于：
所述多个断开处将所述MEA的周缘部夹于中间而相对地设置于所述框体的第一主面以及第二主面的两侧。
11.如权利要求1所述的MEA部件，其特征在于：
所述高分子电解质膜露出于所述MEA的周缘部，
在所述MEA的周缘部，所述框体与所述高分子电解质膜相接触。
12.如权利要求1所述的MEA部件，其特征在于：
在所述高分子电解质膜的周缘部设置有膜增强部件，
在所述MEA的周缘部，所述框体与所述膜增强部件相接触。
13.一种固体高分子型燃料电池，其特征在于：
具备：
权利要求1～权利要求12中任意一项所述的MEA部件，和
一对隔板，该一对隔板以夹入所述MEA部件的方式层叠于该MEA部件的两面上，并且在该一对隔板与所述电极相接触的区域设置有反应气体流路。
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