JP2006114227A - Sealing structure of fuel battery cell - Google Patents

Sealing structure of fuel battery cell

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JP2006114227A JP2004297217A JP2004297217A JP2006114227A JP 2006114227 A JP2006114227 A JP 2006114227A JP 2004297217 A JP2004297217 A JP 2004297217A JP 2004297217 A JP2004297217 A JP 2004297217A JP 2006114227 A JP2006114227 A JP 2006114227A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing structure of a fuel battery cell capable of down-sizing and weight reduction of the stack by thinning the fuel battery cell. <P>SOLUTION: This is the sealing structure for tightly sealing a passage 4 formed between a membrane electrode assembly 1 and separators 2, 2 on both sides in thickness direction. An elastic body 3 which is arranged between respective separators 2, 2 so as to surround a passage forming region A is installed at the membrane electrode assembly 1 and a projection 22a which is pressure contacted to the elastic body 3 extending so as to surround the passage forming region A is formed at each separator 2. Since an excellent sealing performance is obtained at the surface pressure maximum part by the pressure contact of the projection 22a to the elastic body 3, formation of a seal lip is not necessary for the elastic body 3 and thinning of the fuel battery cell is possible. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池において、積層された燃料電池セル間のガス流路を密封するための密封構造に関する。 The present invention is the fuel cell, to a sealing structure for sealing the gas flow path between the stacked fuel cells.

燃料電池は、高分子電解質膜の両面に一対の触媒電極層を設けた膜電極複合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)の厚さ方向両側を、セパレータで挟持した燃料電池セルを多数、多い場合は数百枚積層したスタック構造をとっている。 Fuel cells include a polymer electrolyte membrane membrane electrode assembly having a pair of catalyst electrode layers on both surfaces of: the thickness direction on both sides of the (Membrane Electrode Assembly MEA), a large number of fuel cells which is sandwiched by separators, if large We are taking hundreds laminated stack structure. そして、酸化ガス(酸素)が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から一方の触媒電極層に供給され、燃料ガス(水素)が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から他方の触媒電極層に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。 The oxidizing gas (oxygen) is supplied to one catalyst electrode layer from one oxidizing gas channel formed on a surface of each of the separators, fuel gas fuel gas (hydrogen) is formed on the other surface of the separator is supplied from the channel to the other catalyst electrode layer, an electrochemical reaction is a reverse reaction of electrolysis of water, i.e., by reaction of forming water from hydrogen and oxygen, and generates electrical power.

スタック内の各セルのガス流路を密封するためのガスケットは、弾性体からなるものであって、セパレータの表面に一体に設けて膜電極複合体の表面に密接させるものや、逆に、膜電極複合体の表面に一体に設けてセパレータの表面に密接させるものがある。 Gasket for sealing the gas passage of each cell in a stack, be made of a resilient material, which is in close contact with the surface of the membrane electrode assembly is provided integrally on the surface of the separator or, conversely, film there is to be in close contact with the surface of the separator is provided integrally on the surface of the electrode assembly. 後者の場合、膜電極複合体の両側にシールリップを形成してセパレータとの面圧を確保するのが一般的である(例えば特許文献1参照)。 In the latter case, to ensure the surface pressure of the separator to form a seal lip on both sides of the membrane electrode assembly is generally (for example, see Patent Document 1).
特再2002−089240 Trick-play 2002-089240

この種の燃料電池において、スタックの小型・軽量化を図るには、各セルの部材を薄肉にすることが不可欠である。 In this type of fuel cell, the reduction in size and weight of the stack, it is essential to the members of each cell in thin. しかし、膜電極複合体の表面に、弾性体によるシールリップを形成したものにおいて、シール機能の長期耐久性を確保する観点から、シールリップの高さをそれほど小さくすることができないので、スタックの小型化が困難であった。 However, the surface of the membrane electrode assembly, in which the formation of the sealing lip by an elastic body, in order to ensure the long-term durability of the sealing function, the sealing lip height can not be so small, compact stack It has been difficult.

また、シールリップにより密封機能を奏するガスケットは、各セルを積層することによるスタックの組立時や、密封対象流体(水素ガスや酸化ガス等)の加圧時に、シールリップの倒れも懸念される。 Also, gasket provides the sealing function by the seal lip, and during assembly of the stack by stacking the respective cells, upon pressurization of the sealed fluid (hydrogen gas and oxidizing gas, etc.), is also concerned collapse of the sealing lip.

更に、スタックの小型・軽量化には、セパレータを薄肉にすることが有効であるが、カーボン等で成形されたセパレータを薄肉にすると、その機械的強度が低下するため、シールリップの圧縮反力によって、セパレータが変形又は破損しやすくなることが懸念される。 Further, the size and weight of the stack, it is effective to the separator thin, when the separator is molded with carbon or the like in thin, because the mechanical strength is reduced, the compression reaction force of the seal lip by, there is a concern that becomes the separator is easily deformed or damaged.

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、燃料電池セルの薄肉化によるスタックの小型・軽量化が可能な燃料電池セルの密封構造を提供することにある。 The present invention was made in view of the points mentioned above, the technical problem is to provide a sealing structure of a fuel cell capable of size and weight of the stack by thinning of the fuel cell It lies in the fact.

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る燃料電池セルの密封構造は、膜電極複合体とその厚さ方向両側のセパレータとの間に形成された流路を密封する構造であって、各セパレータの間に前記流路の形成領域を取り囲むように配置された弾性体が前記膜電極複合体に装着され、前記各セパレータに、前記流路の形成領域を取り囲むように延びて前記弾性体に圧接される突条が形成されたものである。 Flow as a means for effectively solving the technical problem mentioned above, the sealing structure of a fuel cell according to a first aspect of the invention, which is formed between the membrane electrode assembly and the thickness direction on both sides of the separator a structure for sealing the road, the channel elastic body disposed so as to surround the formation region of between the separators are attached to the membrane electrode assembly, wherein each separator, forming areas of the channel ridge is pressed against the elastic member extends so as to surround the one in which is formed. このため、弾性体にはシールリップを形成する必要がなく、前記弾性体への突条の圧接による面圧極大部において、優れた密封性を奏する。 Therefore, there is no need to form a seal lip in an elastic body, in the surface 圧極 most by pressure ridges to the elastic body exhibits excellent sealability.

請求項2の発明に係る燃料電池セルの密封構造は、請求項1に記載の構成において、弾性体が、膜電極複合体の外周面に接合されたものである。 Sealing structure of a fuel cell according to the invention of claim 2 is the structure of claim 1, the elastic body is one that is joined to the outer peripheral surface of the membrane electrode assembly. この場合、弾性体の厚さを、膜電極複合体の厚さと同等あるいはそれ以下にすることによって、燃料電池セルの薄肉化を図ることができる。 In this case, the thickness of the elastic body by the thickness of the membrane electrode assembly and equal to or less, it is possible to thin the fuel cell.

請求項3の発明に係る燃料電池セルの密封構造は、請求項1に記載の構成において、各セパレータに形成された突条が、弾性体の両側で互いに異なる位置に形成されたものである。 Sealing structure of a fuel cell according to the invention of claim 3 is the structure of claim 1, ridges formed on the separator, and is formed at different positions on both sides of the elastic body. この場合、各突条間で弾性体や膜電極複合体が挟圧されることによる圧縮応力を緩和することができる。 In this case, it is possible to relax the compressive stress caused by the elastic member and the membrane electrode assembly between each ridge is clamped.

請求項4の発明に係る燃料電池セルの密封構造は、請求項1に記載の構成において、セパレータが金属板からなり、突条が、前記金属板の屈曲部からなるものとすることによって、セパレータの薄肉化を図ったものである。 Sealing structure of a fuel cell according to the invention of claim 4, in the structure according to claim 1, the separator is a metal plate, by the protrusion is assumed to consist of bent portions of the metal plate, the separator those which attained thinning.

請求項1の発明に係る燃料電池セルの密封構造によれば、弾性体にシールリップを形成する必要がなくなるので、燃料電池セルの薄肉化によるスタックの小型・軽量化が実現される。 According to the sealing structure of the fuel cell according to the invention of claim 1, since the need to form a sealing lip in the elastic body disappears, size and weight of the stack by thinning of the fuel cell can be realized. また、シールリップの倒れといった問題が生じ得ないので、信頼性の高い密封構造を得ることができる。 Further, since the problem collapse of the seal lip can not occur, it is possible to obtain a highly reliable sealing structure.

請求項2の発明に係る燃料電池セルの密封構造によれば、請求項1による効果に加え、弾性体が、膜電極複合体の外周面に接合されることによって、膜電極複合体とセパレータ間の弾性体の介在による厚さの増大をなくすことができるので、燃料電池セルの一層の薄肉化を図り、スタックの小型・軽量化を実現することができる。 According to the sealing structure of the fuel cell according to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the elastic body, by being bonded to the outer peripheral surface of the membrane electrode assembly, membrane electrode assembly and between the separators it is possible to eliminate the increase in thickness due to the intervention of the elastic member, to further promote thinning of the fuel cell, it is possible to reduce the size and weight of the stack.

請求項3の発明に係る燃料電池セルの密封構造によれば、請求項1による効果に加え、各セパレータに形成された突条が、弾性体の両側で互いに異なる位置に圧接されるので、圧縮応力の集中を防止することができ、その結果、更なる燃料電池セルの薄肉化を図り、スタックの小型・軽量化を実現することができる。 According to the sealing structure of the fuel cell according to the invention of claim 3, in addition to the effects according to claim 1, the ridges formed on each separator are pressed at different positions on both sides of the elastic body, the compression it is possible to prevent the concentration of stress, resulting in achieving the thinning of the further fuel cells, it is possible to reduce the size and weight of the stack.

請求項4の発明に係る燃料電池セルの密封構造によれば、請求項1による効果に加え、セパレータが金属板からなるものであるため、これによる燃料電池セルの薄肉化を図り、スタックの小型・軽量化を実現することができる。 According to the sealing structure of the fuel cell according to the invention of claim 4, in addition to the effect of claim 1, for one in which the separator is made of a metal plate, achieving thinning of this by the fuel cell, the stack size and weight reduction can be a realization.

以下、本発明に係る燃料電池セルの密封構造の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. まず図1は、本発明の第一の形態を示す燃料電池セルの部分断面図で、この燃料電池セルにおいて、参照符号1は膜電極複合体、参照符号2は膜電極複合体1の厚さ方向両側に配置されたセパレータ、参照符号3は膜電極複合体1による発電領域を取り囲むように配置された弾性体である。 First, FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing a first embodiment of the present invention, in the fuel cell, the reference numeral 1 is the membrane electrode assembly, reference numeral 2 is the membrane electrode assembly 1 thickness a separator disposed opposite sides, reference numeral 3 is an elastic body disposed so as to surround the power generation region by the membrane electrode assembly 1.

膜電極複合体1は、高分子電解質膜11をその厚さ方向両側から一対の触媒電極12,12で挟み、更にそのその厚さ方向外側に、一対のガス拡散層13,13を配置したものである。 Membrane electrode assembly 1 is sandwiched between the polymer electrolyte membrane 11 pair of catalyst electrodes 12 and 12 from the thickness direction both sides, further to the its thickness direction outside, that disposed a pair of gas diffusion layers 13, 13 it is. ガス拡散層13は、水素又は酸素を触媒電極12に導くための通気性と、水素と酸素の電気化学反応により発生した電力をセパレータ2に導くための導電性とを有しており、例えばカーボン繊維等の多孔質体からなる。 Gas diffusion layer 13 has a permeability for guiding the catalytic electrode 12 and a conductive for guiding the electric power generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen separators 2 hydrogen or oxygen, such as carbon a porous material such as fibers.

セパレータ2は導電性を有する金属の薄板からなるものであって、各セパレータ2には、プレス成形によって、多数の溝21が形成されており、この溝21によって、ガス拡散層13との間に、燃料ガス(水素ガス)又は酸化ガス(酸素)を通すための流路4が形成されている。 The separator 2 is consisted of a thin metal plate having conductivity, the separators 2, by press molding, and a large number of grooves 21 are formed by the groove 21, between the gas diffusion layer 13 a flow path 4 for the passage of fuel gas (hydrogen gas) or an oxidizing gas (oxygen) is formed.

弾性体3は、各セパレータ2と膜電極複合体1との間に介在して、流路4から燃料ガス又は酸化ガスが漏出するのを防止するものであって、膜電極複合体1の外周部に沿って断面コ字形をなすように、ゴム状弾性材料によって、この膜電極複合体1に一体的に成形されている。 The elastic body 3, the outer periphery of the interposed, there is the fuel gas or the oxidizing gas from the flow path 4 is prevented from leaking, the membrane electrode assembly 1 between the separators 2 and the membrane electrode assembly 1 so as to form a U-shaped cross section along the section, by a rubber-like elastic material, and is formed integrally with the membrane electrode assembly 1. すなわち、この弾性体3は、膜電極複合体1の外周部におけるセパレータ2との対向面に接合された互いに平行な一対の弾性層31,31と、その外縁部間を連続して延びると共に膜電極複合体1の外周面を包囲する端壁部32からなる。 That is, the film with the elastic body 3 has a pair of elastic layer 31 which are parallel to each other are joined to the opposite surfaces of the separator 2 in the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 1 extends continuously between the outer edge made from the end wall portion 32 surrounding the outer peripheral surface of the electrode assembly 1.

弾性体3のゴム状弾性材料は、VMQ(シリコーンゴム)、FKM(フッ素ゴム)、あるいはEPDM(エチレンプロピレンゴム)等から選択され、これを液状ゴムとして、多孔質のガス拡散層13,13に含浸させた状態で成形される。 Rubber-like elastic material of the elastic body 3, VMQ (silicone rubber), is selected from the FKM (fluororubber), or EPDM (ethylene propylene rubber) or the like, which as a liquid rubber, the gas diffusion layer 13 of the porous It is molded in a state of being immersed. 図中の参照符号33は、ガス拡散層13におけるゴム含浸層を示しており、このゴム含浸層33は弾性体3と連続するものである。 Reference numeral 33 in the figure shows the rubber-impregnated layer in the gas diffusion layer 13, the rubber-impregnated layer 33 is one continuous elastic member 3.

各セパレータ2には、流路4の形成領域(以下、流路形成領域という)Aの外周側に、弾性体3を膜電極複合体1の両側から包囲するようにフランジ部22が形成されており、このフランジ部22には山形(V字形)の突条22aが形成されている。 Each separator 2, formation area of ​​the flow path 4 (hereinafter, referred to as the channel formation region) on the outer circumferential side of A, a flange portion 22 is formed so as to surround the elastic member 3 from both sides of the membrane electrode assembly 1 cage, protrusion 22a of the chevron (V-shape) is formed in the flange portion 22. すなわちこの突条22a,22aは、セパレータ2のプレス成形によって屈曲形成されたもので、流路形成領域Aを取り囲むように延びており、弾性体3の両側で互いに対応する位置にあって、膜電極複合体1の外周部におけるセパレータ2との対向面に接合された弾性層31,31に食い込むように圧接されている。 That this protrusion 22a, 22a has been bent formed by press molding of the separator 2, it extends so as to surround the channel forming region A, be in mutually corresponding positions on both sides of the elastic body 3, film It is pressed against to bite into the elastic layer 31 bonded to opposite surfaces of the separator 2 in the outer peripheral portion of the electrode assembly 1.

以上の構成を備える燃料電池セルにおいて、膜電極複合体1の両側に形成された流路4,4のうち、一方には燃料ガス(水素)が供給され、他方には酸化ガス(酸素)が供給される。 In the fuel cell having the above configuration, among the membrane electrode assembly 1 of the flow path formed on both sides 4 and 4, while the fuel gas (hydrogen) is supplied to, the other oxidizing gas (oxygen) It is supplied. 膜電極複合体1の触媒電極12,12のうち、ガス拡散層13を介して燃料ガスが供給される側(アノード)においては、水素分子を水素イオンと電子に分解する反応が行われ、ガス拡散層13を介して酸化ガスが供給される側(カソード)においては、酸素と水素イオンと電子により水を生成する反応が行われ、これによって起電力を発生する。 Of the membrane electrode assembly 1 of the catalytic electrode 12, 12, in the side (anode) that is supplied fuel gas through the gas diffusion layer 13, decomposed reaction is carried out a hydrogen molecule into hydrogen ions and electrons, the gas in the side (cathode) to the oxidizing gas through the diffusion layer 13 is provided to generate water reaction is conducted by the oxygen and hydrogen ions and electrons, thereby generating an electromotive force.

各セパレータ2に形成された山形の突条22aは、流路形成領域Aを取り囲むように膜電極複合体1に一体成形された弾性体3の弾性層31,31に、燃料電池セルの積層状態において食い込むように圧接されるので、突条22aの頂部で弾性層31との面圧が極大となるので、流路4内を流通する燃料ガス又は酸化ガスに対する優れた密封性を奏すると共に、膜電極複合体1の外周部を弾性的に挟持する機能を有する。 Projections 22a of the chevron formed in each of the separators 2, the elastic layer 31 of the elastic body 3 that is formed integrally with the membrane electrode assembly 1 so as to surround the flow channel formation region A, a stacked state of the fuel cell since the pressure to bite in, because the surface pressure between the elastic layer 31 at the top of the protrusion 22a is maximized, with exhibits an excellent sealing performance for the fuel gas or the oxidizing gas flowing in the flow path 4, film It has an outer peripheral portion of the electrode assembly 1 functions to resiliently clamped. また、弾性体3は、その端壁部32が膜電極複合体1の外周面を包囲するように延びると共に、ガス拡散層13の外周部にゴム含浸層33を形成しているので、燃料ガス又は酸化ガスが、多孔質構造のガス拡散層13を厚さ方向と直交する方向へ透過して外周側へ漏洩することもない。 Further, the elastic body 3, with its end wall 32 extends so as to surround the outer circumferential surface of the membrane electrode assembly 1, since the form of rubber-impregnated layer 33 on the outer periphery of the gas diffusion layer 13, the fuel gas or oxidizing gas, nor leak to the outer peripheral side passes through in a direction perpendicular to the gas diffusion layer 13 of the porous structure to the thickness direction.

そして、この形態によれば、上述のように、弾性体3(弾性層31)に各セパレータ2の突条22aを圧接させることによって、シールに有効な面圧極大部を形成しているので、弾性体3にシールリップを形成する必要がなく、このため燃料電池セルの肉厚を減少させることができ、ひいては、燃料電池セルの積層体であるスタックの小型・軽量化が可能となる。 Then, according to this embodiment, as described above, by pressing the projections 22a of the separator 2 the elastic body 3 (the elastic layer 31), since the form an effective surface 圧極 majority the seal, it is not necessary to form the sealing lip in the elastic member 3, and thus it is possible to reduce the wall thickness of the fuel cell, thus, it is possible to stack smaller and lighter is a laminate of fuel cells. しかも、シールリップによる密封構造の場合は、各セルの積層時、あるいは密封対象の水素ガスや酸化ガス等の加圧時に、シールリップが倒れてしまうおそれがあるのに対し、上述の形態においては、そのようなことはない。 Moreover, in the case of sealing structure by the sealing lip, during lamination of each cell, or upon pressurization such as hydrogen gas and oxidizing gas sealed, whereas there is a risk that the sealing lip fall down, in the above , it is not such a thing.

また、セパレータ2が、金属板のプレス成形体からなるものであるため、従来のようにカーボン等で成形されたセパレータを用いたものに比較して、十分に薄肉にすることができる。 The separator 2, because it is made of pressed bodies of metal plate, as compared to that using the conventional separator that is molded with carbon such as can be made sufficiently thin. このため、膜電極複合体1、セパレータ2,2及び弾性体3からなる燃料電池セルの肉厚を減少させることができ、ひいては、燃料電池セルの積層体であるスタックの小型・軽量化が可能となる。 Therefore, the membrane electrode assembly 1, it is possible to reduce the wall thickness of the fuel cell consisting of the separator 2,2 and the elastic body 3, and thus, can be smaller and lighter stack is a laminate of fuel cells to become.

次に図2は、本発明の第二の形態を示す燃料電池セルの部分断面図で、この燃料電池セルにおいて、上述した図1の形態と異なるところは、突条22aの断面形状にある。 Next, FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing a second embodiment of the present invention, in the fuel cell, and it is different from that of Embodiment 1 described above has the cross-sectional shape of the protrusion 22a. その他の部分は図1の形態と同様に構成されているので、図1と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment 1, portions identical or corresponding with Figure 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

すなわち、図2の形態においては、突条22aが断面円弧状をなすように形成されている。 That is, in the embodiment of FIG. 2, projections 22a are formed so as to form an arc-shaped cross section. したがって、突条22aによる弾性層31との圧接部の面圧分布は、図1の形態に比較して緩やかに変化する。 Therefore, the surface pressure distribution of the contact portion between the elastic layer 31 by protrusion 22a is gradually changed in comparison to the form of FIG.

次に図3は、本発明の第三の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 Next, FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing the third embodiment of the present invention. この燃料電池セルにおいて、先に説明した図1の形態と異なるところは、弾性体3の断面形状にある。 In this fuel cell, it is different from the configuration of FIG. 1 described above lies in the cross-sectional shape of the elastic body 3. その他の部分は図1の形態と同様に構成されているので、図1と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment 1, portions identical or corresponding with Figure 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

すなわち図3の形態において、弾性体3は、膜電極複合体1と略同等の肉厚を有する矩形断面状に成形されていて、高分子電解質膜11をその厚さ方向両側から触媒電極12,12で挟み、更にそのその厚さ方向外側にガス拡散層13,13を配置した積層構造の膜電極複合体1の外周面に、一体的に成形されている。 That is, in the form of FIG. 3, the elastic member 3 is being formed into a rectangular cross-section shape having a thickness of approximately equal to the membrane electrode assembly 1, a catalyst electrode 12 a polymer electrolyte membrane 11 from the thickness direction on both sides, scissors 12, further to the outer circumferential surface of the membrane electrode assembly 1 of the laminated structure in which the gas diffusion layers 13, 13 on the its thickness direction outward, are integrally formed.

弾性体3は、図1の形態と同様、液状ゴムを用いて成形されたものであって、このため多孔質のガス拡散層13,13の外周部における弾性体3との接合部には、弾性体3から連続したゴム含浸層33が形成されている。 The elastic body 3, similarly to Embodiment 1, which has been formed using a liquid rubber, the joint portion between the elastic body 3 in the outer peripheral portion of the gas diffusion layers 13, 13 Thus porous, rubber-impregnated layer 33 is formed continuous from the elastic body 3.

金属の薄板からなる各セパレータ2には、弾性体3を厚さ方向両側から包囲するようにフランジ部22が形成されており、このフランジ部22には山形(V字形)の突条22aが形成されている。 Each separator 2 made of a metal thin plate, the flange portion 22 is formed so as to surround the elastic member 3 in the thickness direction on both sides, projections 22a of the flange portion 22 Yamagata (V-shape) is formed It is. この突条22a,22aは、セパレータ2のプレス成形によって屈曲形成されたもので、流路形成領域Aを取り囲むように延びており、弾性体3の両側で互いに対応する位置にあって、弾性体3の両面に食い込むように圧接されている。 The projections 22a, 22a has been bent formed by press molding of the separator 2, extends so as to surround the channel forming region A, be in mutually corresponding positions on both sides of the elastic body 3, the elastic member It is pressed against to bite into both sides of 3.

以上の構成を備える図3の燃料電池セルも、図1と同様の機能をもつものであって、各セパレータ2に形成された山形の突条22aは、流路形成領域Aを取り囲むように膜電極複合体1に一体成形された弾性体3に、燃料電池セルの積層状態において食い込むように圧接されるので、突条22aの頂部で弾性体3との面圧が極大となるので、流路4内を流通する燃料ガス又は酸化ガスに対する優れた密封性を奏すると共に、膜電極複合体1の外周部を、弾性体3を介して弾性的に支持する機能を有する。 Above fuel cell of FIG. 3 with the arrangement also be those having the same functions as those in FIG. 1, projections 22a of the chevron formed in each of the separators 2, the film so as to surround the flow channel forming region A the elastic body 3 is integrally molded to the electrode assembly 1, since it is pressed to bite in the laminated state of the fuel cell, since the surface pressure between the elastic body 3 becomes a maximum at the top of the protrusion 22a, the flow path with exhibits an excellent sealing performance for the fuel gas or the oxidizing gas flowing in the 4, has an outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 1, the function of elastically supported via the elastic member 3. また、弾性体3は、膜電極複合体1の外周面を包囲するように延びると共に、ガス拡散層13の外周部にゴム含浸層33を形成しているので、燃料ガス又は酸化ガスが、多孔質構造のガス拡散層13を厚さ方向と直交する方向へ透過して外周側へ漏洩することもない。 Further, the elastic body 3, extends so as to surround the outer circumferential surface of the membrane electrode assembly 1, since the form of rubber-impregnated layer 33 on the outer periphery of the gas diffusion layer 13, a fuel gas or oxidizing gas, porous nor leak to the outer peripheral side passes through in a direction perpendicular to the gas diffusion layer 13 of the quality structure to the thickness direction.

また、図1の形態と同様の効果に加え、弾性体3は、膜電極複合体1と略同等の肉厚であって、膜電極複合体1の外周部の厚さ方向両側に図1のような弾性層31を形成するものではないため、燃料電池セルの肉厚を一層減少させ、スタックを小型・軽量化することができる。 Further, in addition to the same effects as in Embodiment 1, the elastic body 3, there wall thickness of substantially equal to the membrane electrode assembly 1, in Figure 1 in the thickness direction on both sides of the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 1 because do not form an elastic layer 31 such as, the wall thickness of the fuel cell is further reduced, the stack can be reduced in size and weight.

次に図3は、本発明の第四の形態を示す燃料電池セルの部分断面図で、この燃料電池セルは、突条22aの断面形状のみが、上述した図3の形態と異なる。 Next, FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing the fourth embodiment of the present invention, the fuel cell, only the cross-sectional shape of the protrusion 22a is different from the embodiment of FIG. 3 described above. その他の部分は図1の形態と同様に構成されているので、図3と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment 1, portions identical or corresponding to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

すなわち、図4の形態においては、突条22aが図2と同様、断面円弧状をなすように形成されている。 That is, in the embodiment of FIG. 4, projections 22a are similar to FIG. 2, it is formed so as to form an arc-shaped cross section. したがって、突条22aによる弾性体3との圧接部の面圧分布は、図3の形態に比較して緩やかに変化する。 Therefore, the surface pressure distribution of the contact portion between the elastic body 3 by protrusion 22a is gradually changed in comparison to the embodiment of FIG.

次に図5は、本発明の第五の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 Next, FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing a fifth embodiment of the present invention. この燃料電池セルは、先に説明した図1の形態において、セパレータ2,2の断面山形の突条22a,22aが、弾性体3の両側で互いに異なる位置に形成されたものである。 The fuel cell, in the form of FIG. 1 described above, sectional chevron protrusion 22a of the separator 2, 2, 22a is one formed at different positions on both sides of the elastic body 3. その他の部分は図1の形態と同様に構成されているので、図1と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment 1, portions identical or corresponding with Figure 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. すなわち、図5における上側のセパレータ2の突条22aは、下側のセパレータ2の突条22aに対して、相対的に外周寄りに位置して形成されており、したがって、弾性体3の弾性層31,31に対する突条22a,22aの圧接位置が、互いにずれている。 That is, projections 22a of the upper separator 2 in Figure 5, to the lower side of the separator 2 of the ridges 22a, are formed to be positioned relatively near the outer periphery, therefore, the elastic layer of the elastic body 3 projections 22a for 31, 31, 22a contact position of, are offset from each other.

次に図6は、本発明の第六の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 Next, FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing a sixth embodiment of the present invention. この燃料電池セルも上述した図5と同様であって、先に説明した図2の形態における断面円弧状の突条22a,22aが、弾性体3の両側で互いに異なる位置に形成されたものである。 A similar to FIG. 5 to the fuel cells was also described above, in which an arc-shaped cross section of projections 22a in the form of FIG. 2 described above, 22a were formed at different positions on both sides of the elastic body 3 is there. その他の部分は図2の形態と同様に構成されているので、図2と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to Embodiment 2, the portions identical or corresponding to FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. すなわち、図6における上側のセパレータ2の突条22aは、下側のセパレータ2の突条22aに対して、相対的に外周寄りに位置して形成されており、したがって、弾性体3の弾性層31,31に対する突条22a,22aの圧接位置が、互いにずれている。 That is, projections 22a of the upper separator 2 in Figure 6, to the lower side of the separator 2 of the ridges 22a, are formed to be positioned relatively near the outer periphery, therefore, the elastic layer of the elastic body 3 projections 22a for 31, 31, 22a contact position of, are offset from each other.

図1又は図2の形態によれば、互いに対向する突条22a,22a間で、弾性体3の弾性層31,31及び膜電極複合体1のガス拡散層13,13が圧縮されるのに対し、図5又は図6の形態によれば、突条22a,22aが弾性体3の弾性層31,31に互いに異なる位置で圧接するので、弾性層31,31及びガス拡散層13,13に圧縮応力が集中しにくく、したがって、図1又は図2の形態に比較して、燃料電池セルの一層の薄肉化が可能となる。 According to Embodiment 1 or 2, projections 22a that face each other, between 22a, to the elastic layer 31 and the membrane electrode assembly 1 of the gas diffusion layers 13, 13 of the elastic body 3 is compressed contrast, according to the embodiment of FIG. 5 or FIG. 6, projections 22a, since 22a is pressed at different positions on the elastic layer 31 of the elastic body 3, the elastic layer 31 and the gas diffusion layers 13, 13 hardly compressive stress is concentrated, thus, as compared with the embodiment 1 or 2, it is possible to further thinning of the fuel cell.

次に図7は、本発明の第七の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 Next, FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing a seventh embodiment of the present invention. この燃料電池セルは、先に説明した図3の形態において、セパレータ2,2の断面山形の突条22a,22aが、弾性体3の両側で互いに異なる位置に形成されたものである。 The fuel cell, in the form of FIG. 3 described above, sectional chevron protrusion 22a of the separator 2, 2, 22a is one formed at different positions on both sides of the elastic body 3. その他の部分は図3の形態と同様に構成されているので、図3と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment of FIG. 3, the portions identical or corresponding to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. すなわち、図7における上側のセパレータ2の突条22aは、下側のセパレータ2の突条22aに対して、相対的に外周寄りに位置して形成されており、したがって、弾性体3に対する突条22a,22aの圧接位置が、互いにずれている。 That is, projections 22a of the upper separator 2 in Figure 7, to the lower side of the separator 2 of the ridges 22a, are formed to be positioned relatively near the outer periphery, therefore, projection for the elastic body 3 22a, 22a contact position of, are offset from each other.

次に図8は、本発明の第八の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 Next, FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a fuel cell showing the eighth embodiment of the present invention. この燃料電池セルは、先に説明した図4の形態において、セパレータ2,2の断面円弧状の突条22a,22aが、弾性体3の両側で互いに異なる位置に形成されたものである。 The fuel cell, in the form of FIG. 4 described above, a circular arc cross sectional shaped projections 22a of the separator 2, 2, 22a is one formed at different positions on both sides of the elastic body 3. その他の部分は図4の形態と同様に構成されているので、図4と同一又は対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。 The other parts are constructed similarly to the embodiment of FIG. 4, elements identical or corresponding with Figure 4 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. すなわち、図8における上側のセパレータ2の突条22aは、下側のセパレータ2の突条22aに対して、相対的に外周寄りに位置して形成されており、したがって、弾性体3に対する突条22a,22aの圧接位置が、互いにずれている。 That is, projections 22a of the upper separator 2 in Figure 8, to the lower side of the separator 2 of the ridges 22a, are formed to be positioned relatively near the outer periphery, therefore, projection for the elastic body 3 22a, 22a contact position of, are offset from each other.

図3又は図4の形態によれば、互いに対向する突条22a,22a間で、弾性体3が圧縮されるのに対し、図7又は図8の形態によれば、突条22a,22aが弾性体3の両面に互いに異なる位置で圧接するので、弾性体3が突条22a,22a間で圧縮応力の発生が生じにくく、したがって、図3又は図4の形態に比較して、弾性体3の一層の薄肉化、ひいては燃料電池セルの一層の薄肉化が可能となる。 According to the form of FIG. 3 or FIG. 4, projections 22a that face each other, between 22a, while the elastic body 3 is compressed, according to the embodiment of FIG. 7 or 8, projections 22a, 22a are since pressure at different positions on both sides of the elastic body 3, the elastic body 3 is protrusion 22a, the generation of compressive stress is less likely to occur between 22a, therefore, as compared with the embodiment of FIG. 3 or FIG. 4, the elastic body 3 further thinning of, it is possible to further thin the eventual fuel cell.

本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第一の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The first embodiment of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第二の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The second form of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第三の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The third form of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第四の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The fourth embodiment of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第五の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The fifth embodiment of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第六の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The sixth embodiment of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第七の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The seventh embodiment of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown. 本発明に係る燃料電池セルの密封構造の第八の形態を示す燃料電池セルの部分断面図である。 The eighth form of the sealing structure of a fuel cell according to the present invention is a partial cross-sectional view of a fuel cell shown.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 膜電極複合体11 高分子電解質膜12 触媒電極13 ガス拡散層2 セパレータ21 溝22 フランジ部22a 突条3 弾性体31 弾性層32 端壁部33 ゴム含浸層4 流路A 流路形成領域 1 the membrane electrode assembly 11 polymer electrolyte membrane 12 catalytic electrode 13 the gas diffusion layer 2 separator 21 groove 22 flange portion 22a projecting third elastic member 31 elastic layer 32 the end wall portion 33 rubber-impregnated layer 4 passage A passage forming region

Claims (4)

  1. 膜電極複合体(1)とその厚さ方向両側のセパレータ(2)との間に形成された流路(4)を密封する構造であって、各セパレータ(2)の間に前記流路(4)の形成領域(A)を取り囲むように配置された弾性体(3)が前記膜電極複合体(1)に装着され、前記各セパレータ(2)に、前記流路(4)の形成領域(A)を取り囲むように延びて前記弾性体(3)に圧接される突条(22a)が形成されたことを特徴とする燃料電池セルの密封構造。 A structure for sealing membrane electrode assembly (1) and flow passage formed between the thickness direction on both sides of the separator (2) to (4), the flow path between the separators (2) ( 4) forming region (arranged elastic body so as to surround the a) (3) is the attached to the membrane electrode assembly (1), wherein each separator (2), forming regions of the channel (4) sealing structure of the fuel cell, wherein a protrusion is pressed against the elastic body (3) extends so as to surround the (a) (22a) are formed.
  2. 弾性体(3)が、膜電極複合体(1)の外周面に接合されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルの密封構造。 Sealing structure of the elastic body (3) The fuel cell according to claim 1, characterized in that joined to the outer peripheral surface of the membrane electrode assembly (1).
  3. 各セパレータ(2)に形成された突条(21)が、弾性体(3)の両側で互いに異なる位置に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルの密封構造。 Ridges formed on the separators (2) (21), the sealing structure of a fuel cell according to claim 1, characterized in that formed at different positions on both sides of the elastic body (3).
  4. セパレータ(2)が金属板からなり、突条(22a)が、前記金属板の屈曲部からなることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルの密封構造。 A separator (2) is made of a metal plate, the sealing structure of a fuel cell according to claim 1 ridges (22a) is characterized by comprising a bent portion of the metal plate.
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