JP2005276482A - Fuel cell stack structure, manufacturing method of fuel cell stack structure, and fuel cell stack - Google Patents

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Akira Fujiki
章 藤木
Takayuki Hirao
隆行 平尾
Yukihiro Maekawa
幸広 前川
Haruhiko Suzuki
晴彦 鈴木
Masanori Iwamoto
雅則 岩本
Hiroshi Saito
寛 齊藤
Takeshi Shimizu
健 清水
Sadao Miki
貞雄 三木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve productivity of a fuel cell stack through a structure in which at least a set of unit cell components are clipped without using an adhesive. <P>SOLUTION: The fuel cell stack structure 20 comprises at least one set of unit cell components 30 that include: a membrane electrode assembly 40 in which a pair of electrodes 42, 43 are jointed to a solid polyelectrolyte membrane 41; and a pair of separators 51, 52 in which passage grooves 53-55 for circulating a fluid are formed and which interpose the membrane electrode assembly. The fuel cell stack structure further includes a clipping means 60 which is provided so as to envelope the whole outer circumference of a laminated body 31 formed by laminating at least one set of unit cell components so as to constitute a unit cell and clips the unit cell components without using an adhesive. The clipping means has a seal portion 61 formed to seal leakage of the fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack structure, a method of manufacturing a fuel cell stack structure, and a fuel cell stack.

周知のように、燃料電池スタックは、単セルを構成する単セル構成部品を多数積層して構成されている。単セル構成部品は、固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータと、を含んでいる（例えば、特許文献１、２参照。）。燃料電池スタックは、特許文献１に記載されているように、多数の膜電極接合体と多数の各セパレータとを接着剤を塗布して貼り合わせ、接着剤を硬化させることによって形成されている。   As is well known, the fuel cell stack is formed by laminating a large number of single cell components constituting a single cell. The single cell component includes a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are joined to a solid electrolyte membrane, a pair of separators in which a channel groove for flowing a fluid is formed and the membrane electrode assembly is sandwiched between (For example, refer to Patent Documents 1 and 2). As described in Patent Document 1, the fuel cell stack is formed by applying and bonding a large number of membrane electrode assemblies and a large number of separators, and curing the adhesive.

しかしながら、接着剤の塗布および乾燥に比較的長時間を要することから、燃料電池スタックの生産性が悪いという問題がある。
特開平７−２４９４１７号公報 特開２００１−８５０３０号公報 However, since it takes a relatively long time to apply and dry the adhesive, there is a problem that the productivity of the fuel cell stack is poor.
JP-A-7-249417 JP 2001-85030 A

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックの生産性の向上に寄与し得る、燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and can contribute to improving the productivity of the fuel cell stack, and the method for manufacturing the fuel cell stack structure And a fuel cell stack.

上記目的を達成するための請求項１に記載の本発明は、燃料電池スタックを構成するための構成体であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組含み、
前記少なくとも一組の単セル構成部品を単セルを構成するように積層してなる積層体の外周全周を包み込むように設けられ、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持するための挟持手段を含み、
前記挟持手段はさらに、前記流体の漏れをシールするシール部が形成されてなる燃料電池スタック用構成体である。 In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is a structure for constituting a fuel cell stack,
A single cell configuration including a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are bonded to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators in which a channel groove for flowing a fluid is formed and the membrane electrode assembly is sandwiched Including at least one set of parts,
Provided so as to wrap around the entire outer periphery of a laminate formed by laminating the at least one set of single cell components so as to constitute a single cell, and for sandwiching the single cell component without using an adhesive Including clamping means,
The clamping means is a fuel cell stack structure in which a sealing portion for sealing the leakage of the fluid is further formed.

また、上記目的を達成するための請求項４に記載の本発明は、燃料電池スタックを構成するための構成体を製造する方法であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組、単セルを構成するように成形型内に積層し、
前記成形型内に積層された積層体を積層方向に加圧しながら、前記積層体の外周全周にわたって樹脂からなる成形材料を樹脂モールド成形して、前記積層体の外周全周を包み込むように設けられる挟持手段を形成してなり、
前記挟持手段によって、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持し、さらに、前記流体の漏れをシールするようにしてなる燃料電池スタック用構成体の製造方法である。 The present invention according to claim 4 for achieving the above object is a method of manufacturing a structure for constituting a fuel cell stack,
A single cell configuration including a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are bonded to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators in which a channel groove for flowing a fluid is formed and the membrane electrode assembly is sandwiched Laminate parts in a mold to form at least one set of single cells,
While pressing the laminated body laminated in the mold in the laminating direction, a molding material made of resin is formed by resin molding over the entire outer periphery of the laminated body, and provided so as to wrap the entire outer periphery of the laminated body Forming a clamping means,
The fuel cell stack manufacturing method is configured such that the single cell component is clamped by the clamping means without using an adhesive, and the fluid leakage is sealed.

また、上記目的を達成するための請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池スタック用構成体を、シール部材を介して複数個積層することにより形成されていることを特徴とする燃料電池スタックである。   In order to achieve the above object, the present invention according to claim 5 is formed by laminating a plurality of fuel cell stack components according to claim 1 through seal members. This is a featured fuel cell stack.

本発明の燃料電池スタック用構成体によれば、接着剤を用いることなく、単セル構成部品が挟持手段によって挟持されている。単セル構成部品を接着剤により組み立てる形態に比べて、接着剤を塗布したり、接着剤を乾燥させたりする作業時間が不要となるため、単セル構成部品を組み立てるための作業時間を短縮できる。したがって、燃料電池スタックの生産性が向上する。さらに、挟持手段のシール部により、流体の漏れが防止され、各単セルの性能が維持される。   According to the structure for a fuel cell stack of the present invention, the single cell component is sandwiched by the sandwiching means without using an adhesive. Compared to the form of assembling the single cell component parts with the adhesive, the work time for applying the adhesive or drying the adhesive is not required, so the work time for assembling the single cell component parts can be shortened. Therefore, the productivity of the fuel cell stack is improved. Furthermore, fluid leakage is prevented by the sealing portion of the clamping means, and the performance of each single cell is maintained.

本発明の燃料電池スタック用構成体の製造方法によれば、樹脂モールド成形によって挟持手段を形成しているため、当該挟持手段を積層体の外周全周にわたって容易に形成できる。また、単セル構成部品を一体的に挟持するため、単セル構成部品を接着剤により組み立てる形態に比べて、作業時間を短縮できる。   According to the method for manufacturing a fuel cell stack component of the present invention, since the clamping means is formed by resin molding, the clamping means can be easily formed over the entire outer periphery of the laminate. In addition, since the single cell component parts are sandwiched integrally, the operation time can be shortened as compared with the case where the single cell component parts are assembled with an adhesive.

本発明の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタック用構成体同士を接着していないので、燃料電池スタックを個々の燃料電池スタック用構成体に容易に分解することができる。いずれかの単セルに不良が生じた場合には、燃料電池スタック用構成体というブロック単位で交換できるため、単セル構成部品を接着剤を用いて接着しながら組み立てられた燃料電池スタックに比較して、交換作業を迅速に行うことができる。   According to the fuel cell stack of the present invention, since the fuel cell stack components are not bonded to each other, the fuel cell stack can be easily disassembled into individual fuel cell stack components. If any single cell fails, it can be replaced in units of a block called a fuel cell stack assembly. Compared to a fuel cell stack assembled by bonding single cell components using an adhesive. Thus, the replacement work can be performed quickly.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０を示す正面図、図２は、図１に示される燃料電池スタック用構成体２０を示す断面図、図３は、図２に示される燃料電池スタック用構成体２０の要部を拡大して示す断面図である。以下、燃料電池スタック用構成体２０を、単に、スタック構成体２０とも略称する。   1 is a front view showing a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fuel cell stack component 20 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a fuel cell stack structural body 20. Hereinafter, the fuel cell stack structural body 20 is also simply referred to as a stack structural body 20.

図１を参照して、燃料電池スタック１０は、スタック構成体２０をシール部材１１を介して複数個積層することにより形成されている。シール部材１１は、スタック構成体２０同士を接着する機能はない。シール部材１１としては、Ｏリングや、塗布されるシール剤を好適に使用できる。積層されたスタック構成体２０は、タイロッドボルト１２を介して連結される上下のエンドプレート１３、１４によって締め付けられている。   Referring to FIG. 1, the fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of stack constituent bodies 20 via a seal member 11. The seal member 11 does not have a function of bonding the stack constituent bodies 20 to each other. As the seal member 11, an O-ring or a sealant to be applied can be suitably used. The stacked stack structure 20 is fastened by upper and lower end plates 13 and 14 connected via tie rod bolts 12.

図２を参照して、図示するスタック構成体２０は、単セル構成部品３０を二組含んでいる。一組の単セル構成部品３０は、固体高分子電解質膜４１（固体電解質膜に相当する）に一対の電極４２、４３が接合された膜電極接合体４０と、流体を流通させるための流路溝５３〜５５が形成されるとともに膜電極接合体４０を挟持するための一対のセパレータ５１、５２とを含んでいる。   Referring to FIG. 2, the illustrated stack structure 20 includes two sets of single cell components 30. A set of single cell components 30 includes a membrane electrode assembly 40 in which a pair of electrodes 42 and 43 are joined to a solid polymer electrolyte membrane 41 (corresponding to a solid electrolyte membrane), and a flow path for circulating fluid. Grooves 53 to 55 are formed, and a pair of separators 51 and 52 for holding the membrane electrode assembly 40 are included.

膜電極接合体４０の固体高分子電解質膜４１は、水素イオンを移動させる機能を有する高分子膜である。固体高分子電解質膜４１の両面に、電極４２、４３として機能する一対のガス拡散層がホットプレス法により接合されている。膜電極接合体４０はさらに、固体高分子電解質膜４１の外縁部を挟持する一対のフレーム４４、４５を含んでいる。フレーム４４、４５は、膜電極接合体４０のハンドリング性を高めるために用いられている。フレーム４４、４５は、樹脂材料から成形され、両面テープ４６を介して固体高分子電解質膜４１に貼り付けられている（図３参照）。   The solid polymer electrolyte membrane 41 of the membrane electrode assembly 40 is a polymer membrane having a function of moving hydrogen ions. A pair of gas diffusion layers functioning as electrodes 42 and 43 are bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 41 by a hot press method. The membrane electrode assembly 40 further includes a pair of frames 44 and 45 that sandwich the outer edge portion of the solid polymer electrolyte membrane 41. The frames 44 and 45 are used to improve the handling properties of the membrane electrode assembly 40. The frames 44 and 45 are molded from a resin material and attached to the solid polymer electrolyte membrane 41 via a double-sided tape 46 (see FIG. 3).

電極４２側のセパレータ５１には、燃料ガス（水素）を流通させるための流路溝５３が形成されている。電極４３側のセパレータ５２には、酸化剤ガス（空気）を流通させるための流路溝５４と、冷却水を流通させるための流路溝５５とが形成されている。流路溝５３〜５５の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮する必要があり、微細で複雑な構成を有している。セパレータ５１、５２は、黒鉛と樹脂とを混合した粉末状の成形材料を成形型で加圧成形することにより、流路溝５３〜５５をなす凹部を備えるように製造されている。   The separator 51 on the electrode 42 side is formed with a flow channel 53 for flowing fuel gas (hydrogen). The separator 52 on the electrode 43 side is formed with a channel groove 54 for circulating an oxidant gas (air) and a channel groove 55 for circulating cooling water. The shape and arrangement of the channel grooves 53 to 55 need to consider gas diffusibility, pressure loss, discharge of generated water, cooling performance, and the like, and have a fine and complicated configuration. The separators 51 and 52 are manufactured so as to have concave portions forming the flow channel grooves 53 to 55 by press-molding a powdery molding material obtained by mixing graphite and resin with a molding die.

スタック構成体２０における最上位のセパレータ５１には、前記シール部材１１を配置するための溝部５６が形成されている。スタック構成体２０をシール部材１１を介して積層した場合、シール部材１１が、上位側のスタック構成体２０における流路溝５５を流通する冷却水の漏れを防止する。   The uppermost separator 51 in the stack structure 20 is formed with a groove portion 56 for arranging the seal member 11. When the stack structure 20 is laminated via the seal member 11, the seal member 11 prevents leakage of cooling water flowing through the flow channel groove 55 in the upper stack structure 20.

スタック構成体２０は、二組の単セル構成部品３０を接着剤を用いることなく挟持するための挟持手段６０を含んでいる。挟持手段６０は、二組の単セル構成部品３０を２つの単セルを構成するように積層してなる積層体３１の外周全周を包み込むように設けられている。挟持手段６０はさらに、流体の漏れをシールするシール部６１が形成されている。シール部６１は、膜電極接合体４０のフレーム４４とセパレータ５１との間、フレーム４５とセパレータ５２との間、およびセパレータ５１とセパレータ５２との間に位置する。   The stack structure 20 includes clamping means 60 for clamping the two sets of single cell components 30 without using an adhesive. The clamping means 60 is provided so as to wrap around the entire outer periphery of the laminate 31 formed by laminating two sets of single cell components 30 so as to constitute two single cells. The clamping means 60 is further formed with a seal portion 61 that seals fluid leakage. The seal portion 61 is located between the frame 44 and the separator 51 of the membrane electrode assembly 40, between the frame 45 and the separator 52, and between the separator 51 and the separator 52.

挟持手段６０は、樹脂からなる成形材料を積層体３１の外周全周にわたって樹脂モールド成形することによって形成されている。成形材料に用いる樹脂は特に限定されないが、例えば、１液性加熱硬化型オレフィン系樹脂のような熱硬化性樹脂を用いることができる。挟持手段６０の樹脂モールド成形については後述するが、１液性加熱硬化型オレフィン系樹脂を成形型内のキャビティに圧送充填することによって挟持手段６０が形成されている。挟持手段６０の上端には、最上位のセパレータ５１に係止する上部係止片６２が形成され、挟持手段６０の下端には、最下位のセパレータ５２に係止する下部係止片６３が形成されている。上部係止片６２および下部係止片６３により、積層体３１を挟持した状態が維持される。   The clamping means 60 is formed by resin molding of a molding material made of resin over the entire outer periphery of the laminate 31. Although the resin used for the molding material is not particularly limited, for example, a thermosetting resin such as a one-component thermosetting olefin resin can be used. Although resin molding of the clamping means 60 will be described later, the clamping means 60 is formed by pressure-filling a one-component thermosetting olefin resin into a cavity in the mold. An upper locking piece 62 that locks to the uppermost separator 51 is formed at the upper end of the clamping means 60, and a lower locking piece 63 that locks to the lowermost separator 52 is formed at the lower end of the clamping means 60. Has been. The state where the laminate 31 is sandwiched by the upper locking piece 62 and the lower locking piece 63 is maintained.

挟持手段６０のシール部６１は、積層体３１との接触面積を大きくするための面６１ａが形成されている。具体的には、フレーム４４、４５とセパレータ５１、５２との境界面が積層体３１の外周に臨む部位、およびセパレータ５１とセパレータ５２との境界面が積層体３１の外周に臨む部位が面取りされ、樹脂が食い込む断面三角形状を有する凹部３２が積層体３１に形成されている。面取りした分だけ、面取りしない形態と比較して、積層体３１とシール部６１との接触面積が大きくなる。   The sealing portion 61 of the clamping means 60 has a surface 61a for increasing the contact area with the stacked body 31. Specifically, the portion where the boundary surface between the frames 44 and 45 and the separators 51 and 52 faces the outer periphery of the laminate 31 and the portion where the boundary surface between the separator 51 and the separator 52 faces the outer periphery of the laminate 31 are chamfered. A concave portion 32 having a triangular cross section into which the resin bites is formed in the laminate 31. The contact area between the laminated body 31 and the seal portion 61 is increased by the amount of chamfering as compared with the form without chamfering.

かかるスタック構成体２０にあっては、接着剤を用いることなく、二組の単セル構成部品３０が挟持手段６０によって挟持されている。単セル構成部品３０を接着剤により組み立てる形態に比べて、接着剤を塗布したり、接着剤を乾燥させたりする作業時間が不要となるため、二組の単セル構成部品３０を組み立てるための作業時間を短縮できる。したがって、燃料電池スタック１０の生産性が向上する。さらに、挟持手段６０のシール部６１により、膜電極接合体４０のフレーム４４とセパレータ５１との間、フレーム４５とセパレータ５２との間、およびセパレータ５１とセパレータ５２との間からの流体の漏れが防止され、各単セルの性能が維持される。   In the stack structure 20, two sets of single cell components 30 are sandwiched by the sandwiching means 60 without using an adhesive. Compared with the form in which the single cell component 30 is assembled with an adhesive, work time for applying the adhesive or drying the adhesive is not required, and therefore work for assembling two sets of the single cell component 30 Time can be shortened. Therefore, the productivity of the fuel cell stack 10 is improved. Further, the seal portion 61 of the clamping means 60 prevents fluid leakage from between the frame 44 and the separator 51 of the membrane electrode assembly 40, between the frame 45 and the separator 52, and between the separator 51 and the separator 52. And the performance of each single cell is maintained.

樹脂モールド成形によって挟持手段６０を形成しているため、当該挟持手段６０を積層体３１の外周全周にわたって容易に形成できる。また、二組の単セル構成部品３０を一体的に挟持するため、単セル構成部品３０を接着剤により組み立てる形態に比べて、作業時間を短縮できる。したがって、燃料電池スタック１０の生産性が向上する。   Since the clamping means 60 is formed by resin molding, the clamping means 60 can be easily formed over the entire outer periphery of the laminate 31. Moreover, since two sets of single cell component parts 30 are clamped integrally, working time can be shortened compared with the form which assembles the single cell component parts 30 with an adhesive agent. Therefore, the productivity of the fuel cell stack 10 is improved.

各シール部６１に、積層体３１との接触面積を大きくするための面６１ａを形成したので、積層体３１とシール部６１との密着性が高まる。したがって、流体の漏れをより確実に防止できる。また、挟持手段６０は、樹脂製であり、ある程度の弾性を備えている。実施形態のように、シール部６１が積層体３１に食い込む形状にすると、当該シール部６１が、積層体３１に作用する振動や、熱膨張に伴う変形を吸収する機能をも発揮する。この観点からも、シール性能が高まる。   Since the surface 61a for increasing the contact area with the stacked body 31 is formed on each seal portion 61, the adhesion between the stacked body 31 and the seal portion 61 is enhanced. Therefore, fluid leakage can be prevented more reliably. The clamping means 60 is made of resin and has a certain degree of elasticity. As in the embodiment, when the seal portion 61 has a shape that bites into the laminate 31, the seal portion 61 also exhibits a function of absorbing vibrations acting on the laminate 31 and deformation accompanying thermal expansion. From this point of view, the sealing performance is enhanced.

燃料電池スタック１０は、シール部材１１を介して複数個のスタック構成体２０を積層して形成されている。スタック構成体２０同士を接着していないので、燃料電池スタック１０を個々のスタック構成体２０に容易に分解することができる。このため、いずれかの単セルに不良が生じた場合には、その単セルを含むスタック構成体２０だけを新しいスタック構成体２０に交換することができる。スタック構成体２０というブロック単位で交換できるため、単セル構成部品３０を接着剤を用いて接着しながら組み立てられた燃料電池スタックに比較して、交換作業を迅速に行うことができる。単セル構成部品３０を無駄にすることも少なくなる。また、シール部材１１が、燃料電池スタック１０に作用する振動や、燃料電池スタック１０全体の変形を吸収する機能を発揮し、燃料電池スタック１０の性能が維持される。   The fuel cell stack 10 is formed by laminating a plurality of stack structural bodies 20 via a seal member 11. Since the stack structures 20 are not bonded to each other, the fuel cell stack 10 can be easily disassembled into individual stack structures 20. For this reason, when a defect occurs in any single cell, only the stack structure 20 including the single cell can be replaced with a new stack structure 20. Since the stack structure 20 can be replaced in units of blocks, the replacement operation can be performed more quickly than a fuel cell stack assembled while the single cell component 30 is bonded using an adhesive. It is less likely that the single cell component 30 is wasted. Further, the seal member 11 exhibits a function of absorbing vibrations acting on the fuel cell stack 10 and deformation of the entire fuel cell stack 10, and the performance of the fuel cell stack 10 is maintained.

図４は、燃料電池スタック用構成体２０を製造するための成形装置７０を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a molding apparatus 70 for manufacturing the fuel cell stack component 20.

成形装置７０は、二組の単セル構成部品３０が積層される成形型７１と、成形型７１内に形成されるキャビティ７１ａに樹脂からなる成形材料７８を圧送によって充填する充填装置（図示せず）と、を有する。本実施形態においては、成形材料７８には、１液性加熱硬化型オレフィン系樹脂を用いている。   The molding device 70 includes a molding die 71 in which two sets of single cell components 30 are stacked, and a filling device (not shown) that fills a cavity 71a formed in the molding die 71 with a molding material 78 made of resin by pressure feeding. And). In the present embodiment, a one-component thermosetting olefin resin is used for the molding material 78.

前記成形型７１は、下型７２と、下型７２内に上下動自在に設けられた押し出しプレート７３と、下型７２に対して上下動自在に設けられた上型７４と、を有する。下型７２には、成形材料７８を硬化させるために下型７２を加熱する加熱手段７５と、下型７２を冷却する冷却手段７６と、が設けられている。加熱手段７５は、例えば電気ヒータから構成されている。冷却手段７６は、例えば、水などの冷却媒体を流す通路から構成されている。二組の単セル構成部品３０は、下型７２内の押し出しプレート７３上に積層される。上型７４は、成形型７１内に積層された積層体３１を積層方向に加圧する加圧力を、積層体３１に付与する。積層体３１の外周と成形型７１内面との間に、キャビティ７１ａが形成される。押し出しプレート７３には、成形されたスタック構成体２０を下型７２から持ち上げるために、上方に向けて駆動されるピン７７が連結されている。   The molding die 71 includes a lower die 72, an extrusion plate 73 provided in the lower die 72 so as to be movable up and down, and an upper die 74 provided so as to be movable up and down with respect to the lower die 72. The lower mold 72 is provided with a heating means 75 for heating the lower mold 72 in order to cure the molding material 78 and a cooling means 76 for cooling the lower mold 72. The heating means 75 is composed of, for example, an electric heater. The cooling means 76 is comprised from the channel | path which flows cooling media, such as water, for example. Two sets of single cell components 30 are stacked on an extrusion plate 73 in the lower mold 72. The upper die 74 applies a pressure to the laminate 31 to pressurize the laminate 31 laminated in the mold 71 in the laminating direction. A cavity 71 a is formed between the outer periphery of the laminate 31 and the inner surface of the mold 71. A pin 77 that is driven upward is connected to the extrusion plate 73 in order to lift the molded stack structure 20 from the lower mold 72.

スタック構成体２０を製造する際には、まず、二組の単セル構成部品３０を、単セルを構成するように、押し出しプレート７３上に積層する。つまり、セパレータ５２、膜電極接合体４０、セパレータ５１、セパレータ５２、膜電極接合体４０、セパレータ５１の順に、押し出しプレート７３上に積層する。フレーム４４、４５とセパレータ５１、５２との境界面が積層体３１の外周に臨む部位、およびセパレータ５１とセパレータ５２との境界面が積層体３１の外周に臨む部位は、予め面取りされている。単セル構成部品３０を積層することによって、断面三角形状を有する凹部３２が積層体３１に形成される。   When manufacturing the stack structure 20, first, two sets of single cell components 30 are stacked on the extrusion plate 73 so as to form a single cell. That is, the separator 52, the membrane electrode assembly 40, the separator 51, the separator 52, the membrane electrode assembly 40, and the separator 51 are laminated on the extrusion plate 73 in this order. The part where the boundary surface between the frames 44 and 45 and the separators 51 and 52 faces the outer periphery of the multilayer body 31 and the part where the boundary surface between the separator 51 and the separator 52 faces the outer periphery of the multilayer body 31 are chamfered in advance. By stacking the single cell component parts 30, a recess 32 having a triangular cross section is formed in the stacked body 31.

上型７４を下型７２に向けて駆動し、積層体３１を積層方向に加圧し、膜電極接合体４０およびセパレータ５１、５２を密着させる。積層体３１を積層方向に加圧しながら、充填装置から、成形材料７８をキャビティ７１ａに圧送し充填する。所定量の成形材料７８をキャビティ７１ａに充填した後、加熱手段７５を作動させ、下型７２を所定温度まで加熱し、成形材料７８を硬化させる。これにより、積層体３１が外周全周にわたって樹脂モールド成形され、積層体３１の外周全周を包み込むように設けられる挟持手段６０が形成される。また、挟持手段６０のシール部６１が、積層体３１の凹部３２に食い込むように成形される。   The upper die 74 is driven toward the lower die 72 to pressurize the laminated body 31 in the laminating direction to bring the membrane electrode assembly 40 and the separators 51 and 52 into close contact with each other. While pressurizing the laminated body 31 in the laminating direction, the molding material 78 is pumped and filled into the cavity 71a from the filling device. After filling the cavity 71a with a predetermined amount of the molding material 78, the heating means 75 is operated to heat the lower mold 72 to a predetermined temperature, and the molding material 78 is cured. Thereby, the laminated body 31 is resin-molded over the entire outer periphery, and the clamping means 60 provided so as to wrap around the entire outer periphery of the laminated body 31 is formed. Further, the sealing portion 61 of the sandwiching means 60 is shaped so as to bite into the concave portion 32 of the laminated body 31.

成形材料７８の硬化が完了すると、加熱手段７５の作動を停止する一方、冷却手段７６を作動させ、下型７２を冷却する。スタック構成体２０の温度が下がると、冷却段の作動を停止する一方、ピン７７を上方に向けて駆動する。押し出しプレート７３上で成形されたスタック構成体２０は、下型７２から持ち上げられ、下型７２から取り出される。   When the curing of the molding material 78 is completed, the operation of the heating unit 75 is stopped, while the cooling unit 76 is operated to cool the lower mold 72. When the temperature of the stack structure 20 decreases, the operation of the cooling stage is stopped, while the pin 77 is driven upward. The stack structure 20 formed on the extrusion plate 73 is lifted from the lower mold 72 and taken out from the lower mold 72.

上述した一連の工程により、樹脂モールド成形された挟持手段６０によって、単セル構成部品３０を接着剤を用いることなく挟持し、さらに、流体の漏れをシールするようにしてなるスタック構成体２０を得る。   Through the series of steps described above, the stack structure 20 is obtained in which the single-cell component 30 is sandwiched by the resin-molded sandwiching means 60 without using an adhesive, and further, fluid leakage is sealed. .

（変形例）
挟持手段６０のシール部６１は、適宜の形状を採用できる。例えば、凹部３２を積層体３１に形成するのに代えて、挟持手段６０に食い込む凸部を積層体３１に形成してもよい。かかる形態によっても、積層体３１との接触面積を大きくするための面がシール部に形成され、流体の漏れをより確実に防止できる。さらに、凹部３２および凸部の両者を積層体３１に形成してもよい。 (Modification)
An appropriate shape can be adopted for the seal portion 61 of the clamping means 60. For example, instead of forming the recesses 32 in the stacked body 31, convex portions that bite into the clamping means 60 may be formed in the stacked body 31. Even in such a form, a surface for increasing the contact area with the laminated body 31 is formed in the seal portion, and leakage of fluid can be prevented more reliably. Furthermore, you may form both the recessed part 32 and a convex part in the laminated body 31. FIG.

二組の単セル構成部品３０を含むスタック構成体２０について説明したが、燃料電池スタック１０の生産性の向上を図るという本発明の目的は、一組の単セル構成部品３０を含むスタック構成体２０、あるいは、三組以上の単セル構成部品３０を含むスタック構成体２０によっても達成できる。   Although the stack structure 20 including two sets of single cell components 30 has been described, an object of the present invention to improve the productivity of the fuel cell stack 10 is to provide a stack structure including a set of single cell components 30. 20, or a stack structure 20 comprising three or more sets of single cell components 30.

一対のフレーム４４、４５を含む膜電極接合体４０について説明したが、フレーム４４、４５を含まない膜電極接合体であっても、本発明を適用できる。   Although the membrane electrode assembly 40 including the pair of frames 44 and 45 has been described, the present invention can also be applied to a membrane electrode assembly that does not include the frames 44 and 45.

本発明は、燃料電池スタック用構成体を製造する用途に適用できる。   The present invention can be applied to the use for producing a fuel cell stack component.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを示す正面図である。1 is a front view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 図１に示される燃料電池スタック用構成体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure for fuel cell stacks shown by FIG. 図２に示される燃料電池スタック用構成体の要部を拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the fuel cell stack structural body shown in FIG. 2. 燃料電池スタック用構成体を製造するための成形装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaping | molding apparatus for manufacturing the structure for fuel cell stacks.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池スタック、
１１ シール部材、
１２ タイロッドボルト、
１３、１４ 上下のエンドプレート、
２０ スタック構成体（燃料電池スタック用構成体）、
３０ 単セル構成部品、
３１ 積層体、
３２ 凹部、
４０ 膜電極接合体、
４１ 固体高分子電解質膜（固体電解質膜）、
４２、４３ 電極、
４４、４５ フレーム、
５１、５２ セパレータ、
５３〜５５ 流路溝、
６０ 挟持手段、
６１ シール部、
６１ａ 積層体との接触面積を大きくするための面、
６２ 上部係止片、
６３ 下部係止片、
７０ 成形装置、
７１ 成形型、
７１ａ キャビティ、
７２ 下型、
７４ 上型、
７５ 加熱手段、
７６ 冷却手段、
７８ 成形材料。 10 Fuel cell stack,
11 Seal member,
12 Tie rod bolts,
13, 14 Upper and lower end plates,
20 stack structure (fuel cell stack structure),
30 single cell components,
31 laminate,
32 recess,
40 membrane electrode assembly,
41 solid polymer electrolyte membrane (solid electrolyte membrane),
42, 43 electrodes,
44, 45 frames,
51, 52 separator,
53-55 channel grooves,
60 clamping means,
61 Seal part,
61a A surface for increasing the contact area with the laminate,
62 Upper locking piece,
63 Lower locking piece,
70 molding equipment,
71 mold,
71a cavity,
72 Lower mold,
74 Upper mold,
75 heating means,
76 cooling means,
78 Molding material.

Claims (5)

燃料電池スタックを構成するための構成体であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組含み、
前記少なくとも一組の単セル構成部品を単セルを構成するように積層してなる積層体の外周全周を包み込むように設けられ、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持するための挟持手段を含み、
前記挟持手段はさらに、前記流体の漏れをシールするシール部が形成されてなる燃料電池スタック用構成体。 A structure for constituting a fuel cell stack,
A single cell configuration including a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are bonded to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators in which a channel groove for flowing a fluid is formed and the membrane electrode assembly is sandwiched Including at least one set of parts,
Provided so as to wrap around the entire outer periphery of a laminate formed by laminating the at least one set of single cell components so as to constitute a single cell, and for sandwiching the single cell component without using an adhesive Including clamping means,
The sandwiching means further comprises a fuel cell stack structure in which a seal portion for sealing the fluid leakage is formed. 前記挟持手段は、樹脂からなる成形材料を前記積層体の外周全周にわたって樹脂モールド成形することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック用構成体。   2. The fuel cell stack structure according to claim 1, wherein the clamping means is formed by resin molding a molding material made of resin over the entire outer periphery of the laminate. 前記挟持手段の前記シール部は、前記積層体との接触面積を大きくするための面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック用構成体。   The structure for a fuel cell stack according to claim 1, wherein a surface for increasing a contact area with the stacked body is formed in the seal portion of the clamping means. 燃料電池スタックを構成するための構成体を製造する方法であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組、単セルを構成するように成形型内に積層し、
前記成形型内に積層された積層体を積層方向に加圧しながら、前記積層体の外周全周にわたって樹脂からなる成形材料を樹脂モールド成形して、前記積層体の外周全周を包み込むように設けられる挟持手段を形成してなり、
前記挟持手段によって、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持し、さらに、前記流体の漏れをシールするようにしてなる燃料電池スタック用構成体の製造方法。 A method for manufacturing a structure for constituting a fuel cell stack, comprising:
A single cell configuration including a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are bonded to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators in which a channel groove for flowing a fluid is formed and the membrane electrode assembly is sandwiched Laminate parts in a mold to form at least one set of single cells,
While pressing the laminated body laminated in the mold in the laminating direction, a molding material made of resin is formed by resin molding over the entire outer periphery of the laminated body, and provided so as to wrap the entire outer periphery of the laminated body Forming a clamping means,
A method of manufacturing a fuel cell stack component, wherein the single cell component is clamped by the clamping means without using an adhesive, and further, the fluid leakage is sealed. 請求項１に記載の燃料電池スタック用構成体を、シール部材を介して複数個積層することにより形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。   A fuel cell stack formed by laminating a plurality of fuel cell stack components according to claim 1 via a seal member.
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