JP2007214049A - Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method - Google Patents

Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method Download PDF

Info

Publication number
JP2007214049A
JP2007214049A JP2006034364A JP2006034364A JP2007214049A JP 2007214049 A JP2007214049 A JP 2007214049A JP 2006034364 A JP2006034364 A JP 2006034364A JP 2006034364 A JP2006034364 A JP 2006034364A JP 2007214049 A JP2007214049 A JP 2007214049A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
seal member
separator
flow path
disposed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006034364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Akutsu
伸明 阿久津
Akira Fujiki
章 藤木
Kazuyoshi Takada
和義 高田
Takashi Furuya
崇 古屋
Nobufumi Oe
伸史 大江
Kanekatsu Sekine
謙克 関根
Masanori Iwamoto
雅則 岩本
Koji Inomata
浩二 猪俣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2006034364A priority Critical patent/JP2007214049A/en
Publication of JP2007214049A publication Critical patent/JP2007214049A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of displaying superior durability. <P>SOLUTION: This fuel cell has a membrane electrode assembly 110, separators 140, 160 having groove parts 144, 154, 159, 164, a fist passage 168 to circulate a first cooling medium, and a first seal members 180, 182 disposed in the periphery parts of the separators 140, 160. The first seal members 180, 182 are disposed on the second surfaces 141, 161 located on the reverse sides of first surfaces 151, 171 facing the first passage 168 in the separators 140, 160, and is aligned with the first passage 168. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池、燃料電池の製造方法および燃料電池の冷却方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell manufacturing method, and a fuel cell cooling method.

燃料電池は、膜電極接合体、膜電極接合体の両側に配置されるセパレータおよびシール部材を有しており、シール部材は、セパレータの外周部に配置され、燃料、酸化剤および冷却媒体の漏洩を、抑制するために適用される(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−357861号公報
The fuel cell has a membrane electrode assembly, a separator and a seal member disposed on both sides of the membrane electrode assembly, and the seal member is disposed on the outer periphery of the separator to leak fuel, an oxidant, and a cooling medium. Is applied in order to suppress (for example, refer to Patent Document 1).
JP 2001-357861 A

しかし、シール部材は、発電時に発生する熱によって昇温し、熱劣化を生じるため、燃料電池の耐久性に、問題を有している。   However, since the temperature of the sealing member is increased by heat generated during power generation, causing thermal deterioration, there is a problem in the durability of the fuel cell.

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、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池の製造方法、および、燃料電池の良好な耐久性を発揮させるための冷却方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the problems associated with the prior art described above, and is a fuel cell capable of exhibiting good durability, a method for producing a fuel cell capable of exhibiting good durability, and a fuel cell. It aims at providing the cooling method for exhibiting the favorable durability of this.

上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、
膜電極接合体、
溝部を有するセパレータ、
第1冷却媒体を流通させるための第1流路、および、
前記セパレータの外周部に配置される第1シール部材を有し、
前記第1シール部材は、前記セパレータにおける前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に配置され、かつ、前記第1流路と位置合せされている
ことを特徴とする燃料電池
である。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
Membrane electrode assembly,
A separator having a groove,
A first flow path for circulating the first cooling medium; and
A first seal member disposed on the outer periphery of the separator;
The first seal member is disposed on a second surface of the separator that is opposite to the first surface facing the first flow path, and is aligned with the first flow path. This is a fuel cell.

上記目的を達成するための請求項11に記載の発明は、
膜電極接合体、溝部を有するセパレータ、第1冷却媒体を流通させるための第1流路、第1シール部材および第2シール部材を有する燃料電池の製造方法であって、
前記第1シール部材は、前記セパレータの外周部における前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に、前記第1流路と位置合せして配置され、
前記第2シール部材は、熱硬化性液状接着材からなり、前記セパレータの外周部の第1表面に配置され、かつ前記第1シール部材の外側にオフセットして位置しており、
前記セパレータの第1表面と、隣接するセパレータの第1表面とを当接させ、
ホットプレスによって、前記第2シール部材を硬化させることで、前記セパレータの第1表面と、隣接する前記セパレータの第1表面とを接着する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 11 provides:
A method of manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly, a separator having a groove, a first flow path for circulating a first cooling medium, a first seal member, and a second seal member,
The first seal member is disposed in alignment with the first flow path on a second surface located on the opposite side of the first surface facing the first flow path in the outer peripheral portion of the separator,
The second seal member is made of a thermosetting liquid adhesive, is disposed on the first surface of the outer periphery of the separator, and is offset from the outside of the first seal member,
Bringing the first surface of the separator into contact with the first surface of the adjacent separator;
The fuel cell manufacturing method is characterized in that the first surface of the separator is bonded to the first surface of the adjacent separator by curing the second seal member by hot pressing.

上記目的を達成するための請求項15に記載の発明は、
膜電極接合体、溝部を有するセパレータ、第1冷却媒体を流通させるための第1流路、第1シール部材および第2シール部材を有する燃料電池の製造方法であって、
前記第1シール部材は、熱硬化性液状接着材からなり、前記セパレータの外周部における前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に、前記第1流路と位置合せして配置され、
前記第2シール部材は、前記セパレータの外周部の第1表面に配置され、かつ前記第1シール部材の外側にオフセットして位置し、
前記膜電極接合体は、前記セパレータの第2表面に配置され、かつ、露出している電解質膜を有しており、
ホットプレスによって、前記第1シール部材を硬化させることで、前記セパレータの第2表面と、前記膜電極接合体の露出している前記電解質膜とを接着する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 15 provides:
A method of manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly, a separator having a groove, a first flow path for circulating a first cooling medium, a first seal member, and a second seal member,
The first seal member is made of a thermosetting liquid adhesive, and on the second surface located on the opposite side of the first surface facing the first flow channel in the outer periphery of the separator, Aligned and placed
The second seal member is disposed on the first surface of the outer peripheral portion of the separator, and is offset and positioned outside the first seal member;
The membrane electrode assembly has an electrolyte membrane disposed on the second surface of the separator and exposed,
A method of manufacturing a fuel cell, comprising: curing the first seal member by hot pressing to bond the second surface of the separator and the electrolyte membrane from which the membrane electrode assembly is exposed. It is.

上記目的を達成するための請求項19に記載の発明は、
燃料電池の冷却方法であって、
前記燃料電池は、
膜電極接合体、
溝部を有するセパレータ、
第1冷却媒体を流通させるための第1流路、および、
前記セパレータの外周部に配置される第1シール部材を有し、
前記第1シール部材は、前記セパレータにおける前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に配置され、かつ、前記第1流路と位置合せされており、
前記第1流路に第1冷却媒体を流通させることによって、発電時に発生する熱によって昇温する前記第1シール部材を、冷却する
ことを特徴とする燃料電池の冷却方法である。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 19 provides:
A fuel cell cooling method comprising:
The fuel cell
Membrane electrode assembly,
A separator having a groove,
A first flow path for circulating the first cooling medium; and
A first seal member disposed on the outer periphery of the separator;
The first seal member is disposed on a second surface of the separator located on the opposite side of the first surface facing the first flow path, and is aligned with the first flow path;
The fuel cell cooling method is characterized in that the first seal member that is heated by heat generated during power generation is cooled by circulating a first cooling medium through the first flow path.

請求項1に記載の発明によれば、第1シール部材が配置される第2表面の逆側に位置する第1表面は、第1流路に面する。したがって、第1流路に第1冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。つまり、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池を提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, the first surface located on the opposite side of the second surface on which the first seal member is disposed faces the first flow path. Therefore, when the first cooling medium is circulated through the first flow path, the durability of the fuel cell is improved by cooling the first seal member that is heated by heat generated during power generation and suppressing thermal degradation. It is possible. That is, a fuel cell that can exhibit good durability can be provided.

請求項11に記載の発明によれば、熱硬化性液状接着材からなる第2シール部材は、第1シール部材からオフセットして配置されるため、第2シール部材とホットプレスとの間の熱伝導率に対する第1シール部材の影響が抑制される。したがって、第2シール部材の硬化時間が短縮化される。また、製造された燃料電池においては、第1シール部材が配置される第2表面の逆側に位置する第1表面は、第1流路に面する。したがって、第1流路に第1冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。つまり、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池の製造方法を提供することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the second seal member made of the thermosetting liquid adhesive is arranged offset from the first seal member, the heat between the second seal member and the hot press is set. The influence of the first seal member on the conductivity is suppressed. Accordingly, the curing time of the second seal member is shortened. Further, in the manufactured fuel cell, the first surface located on the opposite side of the second surface on which the first seal member is disposed faces the first flow path. Therefore, when the first cooling medium is circulated through the first flow path, the durability of the fuel cell is improved by cooling the first seal member that is heated by heat generated during power generation and suppressing thermal degradation. It is possible. That is, it is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell that can exhibit good durability.

請求項15に記載の発明によれば、熱硬化性液状接着材からなる第1シール部材は、第2シール部材からオフセットして配置されるため、第1シール部材とホットプレスとの間の熱伝導率に対する第2シール部材の影響が抑制される。したがって、第1シール部材の硬化時間が短縮化される。また、膜電極接合体の電解質膜は、セパレータと接着されているため、積層時の部品点数が削減される。さらに、製造された燃料電池においては、第1シール部材が配置される第2表面の逆側に位置する第1表面は、第1流路に面する。したがって、第1流路に第1冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。つまり、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池の製造方法を提供することができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, since the first seal member made of the thermosetting liquid adhesive is arranged offset from the second seal member, the heat between the first seal member and the hot press is set. The influence of the second seal member on the conductivity is suppressed. Accordingly, the curing time of the first seal member is shortened. In addition, since the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly is bonded to the separator, the number of components at the time of stacking is reduced. Furthermore, in the manufactured fuel cell, the first surface located on the opposite side of the second surface on which the first seal member is disposed faces the first flow path. Therefore, when the first cooling medium is circulated through the first flow path, the durability of the fuel cell is improved by cooling the first seal member that is heated by heat generated during power generation and suppressing thermal degradation. It is possible. That is, it is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell that can exhibit good durability.

請求項19に記載の発明によれば、第1流路に第1冷却媒体を流通させることによって、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材が、冷却される。したがって、第1シール部材の熱劣化が抑制され、燃料電池の耐久性が向上する。つまり、燃料電池の良好な耐久性を発揮させるための冷却方法を提供することができる。   According to the nineteenth aspect of the invention, the first seal member that is heated by the heat generated during power generation is cooled by circulating the first cooling medium through the first flow path. Therefore, thermal degradation of the first seal member is suppressed, and the durability of the fuel cell is improved. That is, it is possible to provide a cooling method for exhibiting good durability of the fuel cell.

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

図1は、実施の形態1に係る燃料電池を説明するための斜視図、図2および図3は、図1の燃料電池単セルの構造を説明するための分解図および断面図である。   FIG. 1 is a perspective view for explaining a fuel cell according to Embodiment 1, and FIGS. 2 and 3 are an exploded view and a sectional view for explaining the structure of the single fuel cell of FIG.

燃料電池10は、複数の燃料電池単セル100が積層されたスタック部20を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。   The fuel cell 10 includes a stack unit 20 in which a plurality of single fuel cell cells 100 are stacked, and is used as a power source. Applications of the power source include, for example, stationary devices, consumer portable devices such as mobile phones, emergency devices, outdoor devices such as leisure and construction power sources, and mobile objects such as automobiles with limited mounting space. In particular, the mobile power supply is preferably applied because a high output voltage is required after a relatively long period of shutdown.

なお、燃料電池10は、後述するように、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材180,182(図3参照)を、冷却し、熱劣化を抑制することが可能であり、燃料電池10は、良好な耐久性を有する。   As will be described later, the fuel cell 10 can cool the first seal members 180 and 182 (see FIG. 3) that rise in temperature due to heat generated during power generation to suppress thermal degradation. The battery 10 has good durability.

スタック部20の両側には、集電板30,40、絶縁板50,60およびエンドプレート70,80が配置される。集電板30,40は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部20で生じた起電力を出力するための出力端子35,45が設けられている。絶縁板50,60は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。   On both sides of the stack part 20, current collecting plates 30, 40, insulating plates 50, 60 and end plates 70, 80 are arranged. The current collecting plates 30 and 40 are made of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or copper plate, and are provided with output terminals 35 and 45 for outputting the electromotive force generated in the stack portion 20. . The insulating plates 50 and 60 are formed from an insulating member such as rubber or resin.

エンドプレート70,80は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート70は、燃料ガス(例えば、水素)、酸化剤ガス(例えば、酸素)および冷却媒体(例えば、冷却水)を流通させるために、燃料ガス導入口71、燃料ガス排出口72、酸化剤ガス導入口74、酸化剤ガス排出口75、冷媒導入口76、および冷媒排出口78を有する。   The end plates 70 and 80 are made of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel. The end plate 70 is provided with a fuel gas inlet 71, a fuel gas outlet 72, an oxidant in order to circulate a fuel gas (eg, hydrogen), an oxidant gas (eg, oxygen), and a cooling medium (eg, cooling water). It has a gas inlet 74, an oxidant gas outlet 75, a refrigerant inlet 76, and a refrigerant outlet 78.

スタック部20、集電板30,40、絶縁板50,60およびエンドプレート70,80の四隅には、タイロッド90が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド90は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナット(不図示)が螺合され、燃料電池10を締結する。スタック形成のための荷重は、燃料電池単セル100の積層方向に作用し、燃料電池単セル100を押し圧状態に保持する。   Through holes through which the tie rods 90 are inserted are arranged at the four corners of the stack unit 20, current collecting plates 30 and 40, insulating plates 50 and 60, and end plates 70 and 80. The tie rod 90 is fastened with the fuel cell 10 by a nut (not shown) being screwed into a male screw portion formed at the end thereof. The load for forming the stack acts in the stacking direction of the fuel cell single cells 100 to hold the fuel cell single cells 100 in a pressed state.

タイロッド90は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、燃料電池単セル100同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド90の設置本数は、4本(四隅)に限定されない。タイロッド90の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。   The tie rod 90 is formed of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel, and has a surface portion that is insulated in order to prevent an electrical short circuit between the fuel cell single cells 100. The number of tie rods 90 installed is not limited to four (four corners). The fastening mechanism of the tie rod 90 is not limited to screwing, and other means can be applied.

燃料電池単セル100は、図2および図3に示されるように、膜電極接合体(MEA(membrane electrode assembly))110、第1セパレータ140、第2セパレータ160、第1シール部材180,182、および、第2シール部材185を有する。図2においては、第1および第2セパレータ140,160の溝部144,154,164、第1および第2シール部材180,182,185、および、ガスケット132,137が、省略されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell unit cell 100 includes a membrane electrode assembly (MEA) 110, a first separator 140, a second separator 160, first seal members 180, 182, And it has the 2nd seal member 185. In FIG. 2, the groove portions 144, 154, 164, the first and second seal members 180, 182, 185 and the gaskets 132, 137 of the first and second separators 140, 160 are omitted.

膜電極接合体110は、電解質膜120と、電解質膜120を挟んで配置されるカソード電極(空気極)130およびアノード電極(燃料極)135、および、ガスケット132,137を有する。   The membrane electrode assembly 110 includes an electrolyte membrane 120, a cathode electrode (air electrode) 130 and an anode electrode (fuel electrode) 135 disposed between the electrolyte membrane 120, and gaskets 132 and 137.

電解質膜120は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。電解質膜120の厚みは、製膜時の強度、作動時の耐久性、および作動時の出力特性を考慮して設定される。   The electrolyte membrane 120 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The thickness of the electrolyte membrane 120 is set in consideration of strength during film formation, durability during operation, and output characteristics during operation.

カソード電極130は、電解質膜120の一方の面に配置され、カソード触媒層およびガス拡散層を有する。アノード電極135は、電解質膜120の他方の面に配置され、アノード触媒層およびガス拡散層を有する。   The cathode electrode 130 is disposed on one surface of the electrolyte membrane 120 and has a cathode catalyst layer and a gas diffusion layer. The anode electrode 135 is disposed on the other surface of the electrolyte membrane 120 and has an anode catalyst layer and a gas diffusion layer.

カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および、集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であるのが好ましい。   The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer include an electrode catalyst in which a catalyst component is supported on a conductive support, and a polymer electrolyte. The conductive support of the electrode catalyst is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector, but the main component is carbon. Particles are preferred.

カソード触媒層に適用される触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。アノード触媒層に適用される触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。   The catalyst component applied to the cathode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction. The catalyst component applied to the anode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action on the oxidation reaction of hydrogen.

触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。   The catalyst component is, for example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other alloys, and alloys thereof. Selected.

電極触媒の高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。   The polymer electrolyte of the electrode catalyst is not particularly limited as long as it is a member having at least high proton conductivity. For example, a fluorine-based electrolyte containing fluorine atoms in all or part of the polymer skeleton, or fluorine atoms in the polymer skeleton. A hydrocarbon-based electrolyte not included is applicable.

ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。   The gas diffusion layer is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, for example, carbon cloth woven with yarn made of carbon fiber, carbon paper, or carbon felt.

ガスケット132,137は、カソード電極130およびアノード電極135の外周を取り囲むように、配置され、接着層(不図示)を介し、電解質膜120に固定されている。   The gaskets 132 and 137 are arranged so as to surround the outer periphery of the cathode electrode 130 and the anode electrode 135, and are fixed to the electrolyte membrane 120 via an adhesive layer (not shown).

ガスケット132,137は、気体、特に、燃料ガスや酸化剤ガスに対して不透過性を有する材料(ガス不透過材料)から形成される。ガス不透過材料は、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)である。   The gaskets 132 and 137 are made of a material (gas-impermeable material) that is impermeable to gas, particularly fuel gas or oxidant gas. Examples of the gas-impermeable material include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), and (polyvinylidene fluoride (PVDF)).

次に、第1および第2セパレータ140,160を説明する。   Next, the first and second separators 140 and 160 will be described.

第1セパレータ140は、内側面(第2表面)161、および、内側面141の逆側に位置する外側面(第1表面)151を有する。   The first separator 140 has an inner surface (second surface) 161 and an outer surface (first surface) 151 located on the opposite side of the inner surface 141.

内側面141は、カソード電極130に相対し、突起部142およびリブ143を有する。突起部142は、外周に沿って、延長しており、内側に、膜電極接合体110(電解質膜120に固定されたガスケット132)が、配置される。隣接するリブ間の空間は、溝部144を形成する。溝部144は、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤流路を構成し、エンドプレート70に配置される酸化剤ガス導入口74および酸化剤ガス排出口75に、接続されている。   The inner side surface 141 is opposed to the cathode electrode 130 and has a protrusion 142 and a rib 143. The protrusion 142 extends along the outer periphery, and the membrane electrode assembly 110 (the gasket 132 fixed to the electrolyte membrane 120) is disposed on the inner side. A space between adjacent ribs forms a groove 144. The groove 144 constitutes an oxidant flow path for allowing the oxidant gas to flow, and is connected to an oxidant gas introduction port 74 and an oxidant gas discharge port 75 arranged in the end plate 70.

外側面151は、隣接する別の燃料電池単セル100の第2セパレータ160に相対し、リブ153,158を有する。隣接するリブ間の空間は、溝部154,159を形成する。溝部154は、冷却媒体(第1冷却媒体)を流通させるための冷媒流路(第1流路)169を構成し、エンドプレート70に配置される冷媒導入口76および冷媒排出口78に、接続されている。つまり、外側面151は、冷媒流路168に面する。   The outer side surface 151 is opposed to the second separator 160 of another adjacent fuel cell unit cell 100 and has ribs 153 and 158. Spaces between adjacent ribs form grooves 154 and 159. The groove 154 constitutes a refrigerant flow path (first flow path) 169 for circulating the cooling medium (first cooling medium), and is connected to the refrigerant introduction port 76 and the refrigerant discharge port 78 arranged in the end plate 70. Has been. That is, the outer side surface 151 faces the coolant channel 168.

溝部159は、溝部154と連絡しておらず、第2シール部材185を配置するために使用される。   The groove 159 is not in communication with the groove 154 and is used for arranging the second seal member 185.

第2セパレータ160は、内側面(第2表面)161および内側面161の逆側に位置する外側面(第2表面)171を有する。   The second separator 160 has an inner surface (second surface) 161 and an outer surface (second surface) 171 located on the opposite side of the inner surface 161.

内側面161は、アノード電極135に相対し、突起部162およびリブ163を有する。突起部162は、第1セパレータ140の内側面141の突起部142と対応し、外周に沿って延長しており、内側に、膜電極接合体110(電解質膜120に固定されたガスケット137)が位置する。   The inner side surface 161 is opposed to the anode electrode 135 and has a protrusion 162 and a rib 163. The protrusion 162 corresponds to the protrusion 142 of the inner surface 141 of the first separator 140 and extends along the outer periphery. On the inner side, the membrane electrode assembly 110 (the gasket 137 fixed to the electrolyte membrane 120) is provided. To position.

隣接するリブ間の空間は、溝部164を形成する。突起部162に隣接する溝部164と、その他の溝部164(突起部162に隣接する溝部164以外の溝部164)は、連通していない。その他の溝部164は、燃料ガスを流通させるための燃料流路を構成し、エンドプレート70に配置される燃料ガス導入口71および燃料ガス排出口72に、接続されている。   A space between adjacent ribs forms a groove 164. The groove 164 adjacent to the protrusion 162 and the other groove 164 (the groove 164 other than the groove 164 adjacent to the protrusion 162) are not in communication. The other groove portion 164 constitutes a fuel flow path for circulating fuel gas, and is connected to a fuel gas inlet 71 and a fuel gas outlet 72 arranged in the end plate 70.

外側面171は、略平坦であり、隣接する別の燃料電池単セル100の第1セパレータ140の外側面151に相対している。つまり、外側面171は、冷媒流路168に面している。   The outer side surface 171 is substantially flat and faces the outer side surface 151 of the first separator 140 of another adjacent fuel cell single cell 100. That is, the outer surface 171 faces the refrigerant flow path 168.

リブ143,153,163(溝部144,154,164)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、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。   The shape and arrangement of the ribs 143, 153, and 163 (groove portions 144, 154, and 164) are appropriately set in consideration of gas diffusibility, pressure loss, discharge of generated water, cooling performance, and the like.

突起部142,162の高さHは、スタック形成のための荷重によって、膜電極接合体110が過度に潰されることを防ぐため、膜電極接合体110の厚みを考慮して、適宜設定される。   The height H of the protrusions 142 and 162 is appropriately set in consideration of the thickness of the membrane electrode assembly 110 in order to prevent the membrane electrode assembly 110 from being excessively crushed by the load for forming the stack. .

なお、第1および第2セパレータ140,160は、適当な導電性、強度および耐食性を有し、粉末状のカーボン材を有する成形材料から形成される。   The first and second separators 140 and 160 have appropriate conductivity, strength, and corrosion resistance, and are formed from a molding material having a powdery carbon material.

成形材料は、カーボン材(例えば、70〜90wt%)およびバインダー樹脂(例えば、10〜30wt%)を有する粉末状の混合物である。   The molding material is a powdery mixture having a carbon material (for example, 70 to 90 wt%) and a binder resin (for example, 10 to 30 wt%).

カーボン材は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛である。   The carbon material is, for example, natural graphite, artificial graphite, or expanded graphite.

バインダー樹脂は、例えば、フェノール樹脂やメラミン樹脂やポリアミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン等などの熱可塑性樹脂である。フェノール樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性(耐酸性、耐熱性、流体不透過性)などに優れており、好ましい。成形材料は、粉末状の形態で直接利用することに限定されず、シート状の予備成形体の形態やビレット状の予備成形体の集成体の形態で、適用することも可能である。   The binder resin is, for example, a thermosetting resin such as a phenol resin, a melamine resin, or a polyamide resin, or a thermoplastic resin such as polypropylene. Phenol resins are preferred because they are excellent in economic efficiency, workability, moldability, physical properties (acid resistance, heat resistance, fluid impermeability) and the like. The molding material is not limited to being directly used in the form of a powder, but can be applied in the form of a sheet-like preform or an assembly of billet-like preforms.

次に、第1および第2シール部材180,182,185を説明する。   Next, the first and second seal members 180, 182, and 185 will be described.

第1シール部材180は、テーパ状の略台形断面形状を有し、第1セパレータ140の外周部の内側面141かつ突起部142の近傍に配置され、電解質膜120に固定されたガスケット132に相対している。第1シール部材182は、テーパ状の略台形断面形状を有し、第2セパレータ160の外周部の内側面161かつ突起部162に隣接する溝部164に配置され、電解質膜120に固定されたガスケット137に相対している。第1シール部材180,182が配置される部位の逆側に位置する外側面151,171は、冷媒流路168が位置決めされている。つまり、第1シール部材180,182は、冷媒流路168と位置合せされている。   The first seal member 180 has a tapered substantially trapezoidal cross-sectional shape, is disposed in the vicinity of the inner surface 141 of the outer periphery of the first separator 140 and the protrusion 142, and is relative to the gasket 132 fixed to the electrolyte membrane 120. is doing. The first seal member 182 has a tapered substantially trapezoidal cross-sectional shape, is disposed in the groove 164 adjacent to the inner surface 161 of the outer peripheral portion of the second separator 160 and the protrusion 162, and is fixed to the electrolyte membrane 120. 137. The refrigerant flow path 168 is positioned on the outer surfaces 151 and 171 located on the opposite side of the portion where the first seal members 180 and 182 are disposed. That is, the first seal members 180 and 182 are aligned with the refrigerant flow path 168.

したがって、冷媒流路168に冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材180,182を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。   Therefore, when the cooling medium is circulated through the refrigerant flow path 168, the first seal members 180 and 182 that are heated by the heat generated during power generation are cooled to suppress thermal degradation, thereby improving the durability of the fuel cell. It is possible to make it.

なお、第1シール部材180,182は、弾性シール材からなり、例えば、接着材によって、第1および第2セパレータ140,160に固定されている。弾性シール材は、第1および第2セパレータ140,160と膜電極接合体110とのシール性を確保可能であり、かつ燃料ガスや酸化剤ガスに対して不透過性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ブチルゴムなどの合成ゴムである。   The first seal members 180 and 182 are made of an elastic seal material, and are fixed to the first and second separators 140 and 160 by an adhesive, for example. The elastic sealing material is particularly a material that can ensure the sealing performance between the first and second separators 140 and 160 and the membrane electrode assembly 110 and is impermeable to the fuel gas and the oxidant gas. Without being limited, for example, synthetic rubber such as butyl rubber.

第2シール部材185は、第1セパレータ140の外周部の外側面151に配置される。第2シール部材185は、後述するように、燃料電池の製造の際の生産性を向上させるために、内側面141,161に配置される第1シール部材180,182の外側に、オフセットして位置する。そのため、第2シール部材185と第1シール部材180,182とが位置合せされて配置される場合に比べて、厚みが薄くなっている。   The second seal member 185 is disposed on the outer surface 151 of the outer peripheral portion of the first separator 140. As will be described later, the second seal member 185 is offset to the outside of the first seal members 180 and 182 disposed on the inner side surfaces 141 and 161 in order to improve productivity when manufacturing the fuel cell. To position. Therefore, the thickness is thinner than that in the case where the second seal member 185 and the first seal members 180 and 182 are aligned and arranged.

第2シール部材185は、接着性シール材からなり、外側面151に配置される溝部159に位置決めされる。これにより、第1セパレータ140の外側面151と、隣接する別の燃料電池単セル100の第2セパレータ160の外側面171とを接着し、モジュール体を形成することで、スタック形成を容易としている。   The second seal member 185 is made of an adhesive seal material, and is positioned in the groove portion 159 disposed on the outer surface 151. As a result, the outer surface 151 of the first separator 140 and the outer surface 171 of the second separator 160 of another adjacent fuel cell single cell 100 are bonded to form a module body, thereby facilitating stack formation. .

接着性シール材は、熱硬化性液状接着材からなる。熱硬化性液状接着材は、例えば、シリコーン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤などの合成樹脂系接着剤、ブチルゴム系接着剤などの合成ゴム系接着剤である。   The adhesive sealing material is made of a thermosetting liquid adhesive. The thermosetting liquid adhesive is, for example, a synthetic resin adhesive such as a silicone adhesive or an epoxy resin adhesive, or a synthetic rubber adhesive such as a butyl rubber adhesive.

接着性シール材は、第1セパレータ140と第2セパレータ160とを強固に接着可能であり、かつ冷却媒体に対して不透過性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ポリオレフィン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー等のホットメルト系接着剤、アクリル系接着剤、ポリエステル、ポリオレフィン等のオレフィン系接着剤を、適宜適用することも可能である。   The adhesive sealing material is not particularly limited as long as it is a material that can firmly bond the first separator 140 and the second separator 160 and is impermeable to the cooling medium. For example, polyolefin, polypropylene, Hot melt adhesives such as thermoplastic elastomers, acrylic adhesives, olefin adhesives such as polyesters and polyolefins can also be applied as appropriate.

次に、実施の形態1に係る燃料電池の冷却方法を説明する。   Next, the fuel cell cooling method according to Embodiment 1 will be described.

燃料電池10のエンドプレート70は、冷媒導入口76および冷媒排出口78を有する(図1参照)。冷却媒体は、冷媒導入口76に供給されると、第1セパレータ140に配置される溝部154によって構成される冷媒流路168を経由し、冷媒排出口78から流出する。   The end plate 70 of the fuel cell 10 has a refrigerant inlet 76 and a refrigerant outlet 78 (see FIG. 1). When the cooling medium is supplied to the refrigerant introduction port 76, the cooling medium flows out from the refrigerant discharge port 78 via the refrigerant flow path 168 constituted by the groove portion 154 disposed in the first separator 140.

冷媒流路168を流れる冷却媒体は、第1および第2セパレータ140,160を冷却することで、発電時に発生する熱によって昇温する燃料電池の温度を、所定の作動温度範囲に収める。   The cooling medium flowing through the refrigerant flow path 168 cools the first and second separators 140 and 160, thereby keeping the temperature of the fuel cell that is heated by heat generated during power generation within a predetermined operating temperature range.

一方、第1シール部材180,182は、冷媒流路168に面する外側面151,171の逆側に位置する内側面141,161に配置され、かつ、冷媒流路168と位置合せされている。そのため、冷却媒体は、同様に、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材180,182を、効率的に冷却する。これにより、熱劣化が抑制されるため、燃料電池10の耐久性が向上する。   On the other hand, the first seal members 180 and 182 are arranged on the inner side surfaces 141 and 161 located on the opposite side of the outer side surfaces 151 and 171 facing the refrigerant flow path 168 and are aligned with the refrigerant flow path 168. . Therefore, similarly, the cooling medium efficiently cools the first seal members 180 and 182 that are heated by heat generated during power generation. Thereby, since thermal degradation is suppressed, the durability of the fuel cell 10 is improved.

次に、図4を参照し、実施の形態1に係る燃料電池の製造方法に適用されるホットプレスを、説明する。   Next, a hot press applied to the fuel cell manufacturing method according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.

ホットプレス190は、熱硬化性液状接着材からなる第2シール部材185を硬化させて、第1セパレータ140の外側面151と、隣接する別の燃料電池単セル100の第2セパレータ160の外側面171とを接着し、モジュール化(モジュール体を形成)することで、スタック形成を容易とするために使用され、成形型(上型191および下型194)、加熱装置197,198、および加圧機構199を有する。   The hot press 190 hardens the second seal member 185 made of a thermosetting liquid adhesive, and the outer surface 151 of the first separator 140 and the outer surface of the second separator 160 of another adjacent fuel cell unit cell 100. 171 is bonded to form a module (forms a module body), and is used to facilitate stack formation, a molding die (upper die 191 and lower die 194), heating devices 197 and 198, and pressurization A mechanism 199 is included.

上型191は、下型194に対して近接離間可能に配置される。上型191の押圧面192は、第2セパレータ160の内側面161に配置される突起部162およびリブ163と当接し、第1シール部材182を非接触で収容するための溝部193を有する。   The upper mold 191 is disposed so as to be able to approach and separate from the lower mold 194. The pressing surface 192 of the upper mold 191 has a groove 193 that contacts the protrusion 162 and the rib 163 disposed on the inner surface 161 of the second separator 160 and accommodates the first seal member 182 in a non-contact manner.

下型194は、固定式に配置される。下型194の押圧面195は、第1セパレータ140の内側面141の突起部142およびリブ143と当接し、第1シール部材180を非接触で収容するための溝部196を有する。   The lower mold 194 is disposed in a fixed manner. The pressing surface 195 of the lower mold 194 has a groove 196 that contacts the protrusion 142 and the rib 143 of the inner surface 141 of the first separator 140 and accommodates the first seal member 180 in a non-contact manner.

加熱装置197,198は、上型191および下型194の内部に配置されるカートリッジヒータからなり、上型191および下型194を加熱するために使用される。加熱された上型191および下型194は、伝熱により供給される熱によって、第2シール部材185を、昇温させ、硬化させる。   The heating devices 197 and 198 include cartridge heaters disposed inside the upper mold 191 and the lower mold 194, and are used to heat the upper mold 191 and the lower mold 194. The heated upper die 191 and lower die 194 raise the temperature of the second seal member 185 by the heat supplied by heat transfer and harden it.

加圧機構199は、例えば、油圧シリンダ装置を有しており、下型194と連携させて上型191を駆動し、加圧下で、第2シール部材185を硬化させるために使用される。   The pressurizing mechanism 199 has, for example, a hydraulic cylinder device, and is used to drive the upper mold 191 in cooperation with the lower mold 194 and harden the second seal member 185 under pressure.

次に、実施の形態1に係る燃料電池の製造方法を、説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell according to Embodiment 1 will be described.

まず、弾性シール材からなる第1シール部材180が固定された第1セパレータ140が、下型194に載置される。この際、第1セパレータ140の内側面141の突起部142およびリブ143と、下型194と押圧面195とが当接する。一方、第1シール部材180は、押圧面195の溝部196に、位置決めされるため、押圧面195と非接触である。   First, the first separator 140 to which the first seal member 180 made of an elastic seal material is fixed is placed on the lower mold 194. At this time, the protrusion 142 and the rib 143 of the inner surface 141 of the first separator 140 abut the lower mold 194 and the pressing surface 195. On the other hand, the first seal member 180 is positioned in the groove portion 196 of the pressing surface 195 and thus is not in contact with the pressing surface 195.

熱硬化性液状接着材からなる第2シール部材185が、第1セパレータ140の外側面151に配置される溝部159に、配置(位置決め)される。   A second seal member 185 made of a thermosetting liquid adhesive is disposed (positioned) in the groove portion 159 disposed on the outer surface 151 of the first separator 140.

第1シール部材182が固定された、隣接する別の燃料電池単セル100の第2セパレータ160が、第1セパレータ140に載置される。この際、第2セパレータ160の外側面171と、第1セパレータ140の外側面151のリブ153,158とが、当接する。   The second separator 160 of another adjacent fuel cell single cell 100 to which the first seal member 182 is fixed is placed on the first separator 140. At this time, the outer surface 171 of the second separator 160 abuts the ribs 153 and 158 of the outer surface 151 of the first separator 140.

加圧機構199は、上型191を駆動し、第2セパレータ160に向かって降下させる。これによって、上型191の押圧面192は、第2セパレータ160の内側面161に配置される突起部162およびリブ163と当接し、押圧力を、第1および第2セパレータ140,160に及ぼす。   The pressurizing mechanism 199 drives the upper mold 191 and lowers it toward the second separator 160. As a result, the pressing surface 192 of the upper mold 191 comes into contact with the protrusions 162 and the ribs 163 disposed on the inner surface 161 of the second separator 160 and exerts a pressing force on the first and second separators 140 and 160.

一方、加熱装置197,198は、上型191および下型194を加熱し、伝熱により供給される熱によって、第2シール部材185を、昇温させ、硬化させる。これにより、第1セパレータ140の外側面151と、隣接する別の燃料電池単セル100の第2セパレータ160の外側面171とが接着し、モジュール体を形成する。   On the other hand, the heating devices 197 and 198 heat the upper mold 191 and the lower mold 194, and the second seal member 185 is heated and cured by heat supplied by heat transfer. Thereby, the outer surface 151 of the first separator 140 and the outer surface 171 of the second separator 160 of another adjacent fuel cell unit cell 100 are bonded to form a module body.

この際、第2シール部材185は、第1シール部材180,182からオフセットして配置され、第2シール部材185と第1シール部材180,182とが位置合せされて配置される場合に比べて、厚みが薄くなっているため、第2シール部材185とホットプレスとの間の熱伝導率に対する第1シール部材180,182の影響が、抑制される。   At this time, the second seal member 185 is disposed offset from the first seal members 180 and 182, compared to the case where the second seal member 185 and the first seal members 180 and 182 are aligned and disposed. Since the thickness is reduced, the influence of the first seal members 180 and 182 on the thermal conductivity between the second seal member 185 and the hot press is suppressed.

したがって、第2シール部材185の硬化時間が短縮化され、生産性が向上する。また、これは、弾性シール材からなる第1シール部材180,182の加熱時間の短縮化を意味するため、第1シール部材180,182の熱劣化も、抑制される。   Therefore, the curing time of the second seal member 185 is shortened and productivity is improved. Moreover, since this means shortening of the heating time of the 1st sealing members 180 and 182 which consist of elastic sealing materials, the thermal deterioration of the 1st sealing members 180 and 182 is also suppressed.

なお、スタック化は、膜電極接合体110を、モジュール体の間に配置することを繰り返すことで、達成されるため、容易であり、良好な生産性を有する。   Since stacking is achieved by repeating the arrangement of the membrane electrode assembly 110 between the module bodies, it is easy and has good productivity.

また、製造された燃料電池においては、第1シール部材180,182が配置される部位の逆側に位置する外側面151,171は、冷媒流路168に面する。したがって、冷媒流路168に冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材180,182を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。   Further, in the manufactured fuel cell, the outer surfaces 151, 171 located on the opposite side of the portion where the first seal members 180, 182 are disposed face the refrigerant flow path 168. Therefore, when the cooling medium is circulated through the refrigerant flow path 168, the first seal members 180 and 182 that are heated by the heat generated during power generation are cooled to suppress thermal degradation, thereby improving the durability of the fuel cell. It is possible to make it.

以上のように、実施の形態1においては、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池、良好な耐久性を発揮し得る燃料電池の製造方法、および、燃料電池の良好な耐久性を発揮させるための冷却方法を提供することが可能である。   As described above, in the first embodiment, a fuel cell capable of exhibiting good durability, a method for producing a fuel cell capable of exhibiting good durability, and good durability of the fuel cell are exhibited. It is possible to provide a cooling method.

次に、実施の形態2を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図5は、実施の形態2に係る燃料電池単セルの構造を説明するための断面図である。なお、実施の形態1と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。   FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the structure of the single fuel cell according to the second embodiment. In addition, about the member which has the function similar to Embodiment 1, the same code | symbol is used and in order to avoid duplication, the description is abbreviate | omitted.

実施の形態2に係る燃料電池は、スタック形成を容易とするためのモジュール体の構造に関し、実施の形態1に係る燃料電池10と概して異なる。   The fuel cell according to Embodiment 2 is generally different from the fuel cell 10 according to Embodiment 1 with respect to the structure of a module body for facilitating stack formation.

燃料電池単セル200は、膜電極接合体、第1セパレータ240、第2セパレータ260、熱硬化性液状接着材からなる第1シール部材280,282、および、弾性シール材からなる第2シール部材285を有する。   The fuel cell unit cell 200 includes a membrane electrode assembly, a first separator 240, a second separator 260, first seal members 280 and 282 made of a thermosetting liquid adhesive, and a second seal member 285 made of an elastic seal material. Have

第1セパレータ240の内側面241は、カソード電極230に相対し、突起部242およびリブ243を有する。突起部242は、外周に沿って、延長しており、内側に、電解質膜220に固定されたガスケット232が、配置される。   The inner surface 241 of the first separator 240 is opposed to the cathode electrode 230 and has a protrusion 242 and a rib 243. The protrusion 242 extends along the outer periphery, and a gasket 232 fixed to the electrolyte membrane 220 is disposed on the inner side.

隣接するリブ間の空間は、溝部244を形成する。突起部242に隣接する溝部244は、他の溝部244と連絡しておらず、カソード電極230と、ガスケット232との間の隙間において露出している電解質膜220に面しており、第1シール部材280を配置するために使用される。他の溝部244は、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤流路を構成し、エンドプレートに配置される酸化剤ガス導入口および酸化剤ガス排出口に、接続されている。   A space between adjacent ribs forms a groove 244. The groove part 244 adjacent to the protrusion part 242 is not in communication with the other groove part 244 and faces the electrolyte membrane 220 exposed in the gap between the cathode electrode 230 and the gasket 232, and the first seal Used to position member 280. The other groove portion 244 constitutes an oxidant flow path for circulating the oxidant gas, and is connected to an oxidant gas introduction port and an oxidant gas discharge port arranged in the end plate.

第1セパレータ240の外側面251は、隣接する別の燃料電池単セル200の第2セパレータ260に相対し、リブ253を有する。隣接するリブ間の空間は、溝部254を形成する。溝部254は、冷却媒体を流通させるための冷媒流路268を構成し、エンドプレートに配置される冷媒導入口および冷媒排出口に、接続されている。   The outer surface 251 of the first separator 240 is opposed to the second separator 260 of another adjacent fuel cell single cell 200 and has a rib 253. A space between adjacent ribs forms a groove 254. The groove 254 constitutes a refrigerant flow path 268 for circulating the cooling medium, and is connected to a refrigerant inlet and a refrigerant outlet arranged in the end plate.

第2セパレータ260の内側面261は、アノード電極235に相対し、突起部262およびリブ263を有する。突起部262は、第1セパレータ240の内側面241の突起部242と対応し、外周に沿って延長しており、内側に、電解質膜220に固定されたガスケット237が、配置される。   The inner side surface 261 of the second separator 260 is opposed to the anode electrode 235 and has a protrusion 262 and a rib 263. The protrusion 262 corresponds to the protrusion 242 of the inner surface 241 of the first separator 240, extends along the outer periphery, and a gasket 237 fixed to the electrolyte membrane 220 is disposed on the inner side.

隣接するリブ間の空間は、溝部264を形成する。突起部262に隣接する溝部264は、他の溝部264と連絡しておらず、アノード電極235とガスケット237との間の隙間において露出している電解質膜120に面しており、第1シール部材282を配置するために使用される。他の溝部264は、燃料ガスを流通させるための燃料流路を構成し、エンドプレートに配置される燃料ガス導入口および燃料ガス排出口に、接続されている。   A space between adjacent ribs forms a groove 264. The groove part 264 adjacent to the protrusion part 262 does not communicate with the other groove part 264 and faces the electrolyte membrane 120 exposed in the gap between the anode electrode 235 and the gasket 237, and is a first seal member. Used to place 282. The other groove portion 264 constitutes a fuel flow path for circulating the fuel gas, and is connected to a fuel gas inlet and a fuel gas outlet arranged in the end plate.

第2セパレータ260の外側面271は、隣接する別の燃料電池単セル200の第1セパレータ240の外側面251に相対し、リブ273を有する。隣接するリブ間の空間は、溝部274,279を形成する。   The outer surface 271 of the second separator 260 is opposed to the outer surface 251 of the first separator 240 of another adjacent fuel cell single cell 200 and has a rib 273. Spaces between adjacent ribs form grooves 274 and 279.

外周部に隣接する溝部279は、隣接する溝部274と連絡しておらず、第2シール部材285を配置するために使用される。溝部274は、上述のように、隣接する別の燃料電池単セル200の第1セパレータ240の外側面251の溝部254と位置合せされており、一体となって、冷却媒体を流通させるための冷媒流路268を構成する。   The groove part 279 adjacent to the outer peripheral part is not in communication with the adjacent groove part 274 and is used for arranging the second seal member 285. As described above, the groove portion 274 is aligned with the groove portion 254 of the outer side surface 251 of the first separator 240 of another adjacent fuel cell unit cell 200, and is a refrigerant for circulating the cooling medium integrally. A flow path 268 is formed.

溝部279に隣接する溝部274は、第1シール部材282を配置するために使用される内側面261の溝部264と、位置合せされている。さらに、溝部279に隣接する溝部274は、第1シール部材280を配置するために使用される、隣接する別の燃料電池単セル200の第1セパレータ240の内側面241の突起部242に隣接する溝部244と、位置合せされている。   The groove part 274 adjacent to the groove part 279 is aligned with the groove part 264 of the inner surface 261 used for disposing the first seal member 282. Further, the groove 274 adjacent to the groove 279 is adjacent to the protrusion 242 of the inner surface 241 of the first separator 240 of another adjacent fuel cell single cell 200 used for disposing the first seal member 280. The groove portion 244 is aligned.

つまり、第1シール部材280,282は、隣接する別の燃料電池単セル200の第2セパレータ260の冷媒流路268と、第1セパレータ240の冷媒流路268とに、位置合せされており、かつ、第1シール部材280,282は、第2シール部材285からオフセットして配置されている。   That is, the first seal members 280 and 282 are aligned with the refrigerant flow path 268 of the second separator 260 and the refrigerant flow path 268 of the first separator 240 of the adjacent another fuel cell single cell 200, In addition, the first seal members 280 and 282 are disposed offset from the second seal member 285.

したがって、冷媒流路268に冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材280,282を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能であり、かつ、第1シール部材280,282と第2シール部材285とが位置合せされて配置される場合に比べて、厚みが薄くなっている。   Therefore, when the cooling medium is circulated through the refrigerant flow path 268, the first seal members 280 and 282 that are heated by heat generated during power generation are cooled to suppress thermal deterioration, thereby improving the durability of the fuel cell. The thickness of the first seal members 280, 282 and the second seal member 285 is reduced compared to the case where the first seal members 280, 282 and the second seal member 285 are aligned.

さらに、第1シール部材280,282は、電解質膜220(膜電極接合体)と、第1セパレータ240および第2セパレータ260の内側面241,261とを接着し、モジュール体を形成している。そのため、実施の形態1のモジュール体に比べ、スタックを形成するための部品点数が削減されており、生産性をさらに向上させることが可能である。   Furthermore, the first seal members 280 and 282 are formed by bonding the electrolyte membrane 220 (membrane electrode assembly) and the inner surfaces 241 and 261 of the first separator 240 and the second separator 260 to form a module body. Therefore, compared with the module body of the first embodiment, the number of parts for forming a stack is reduced, and productivity can be further improved.

図6は、図5の燃料電池の製造方法を説明するための断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the fuel cell of FIG.

実施の形態2に係る燃料電池の製造方法に適用されるホットプレス290は、上型291および下型294の構成に関し、実施の形態1と概して異なる。   A hot press 290 applied to the method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment is generally different from the first embodiment with respect to the configurations of the upper mold 291 and the lower mold 294.

上型291は、下型294に対して近接離間可能に配置され、第1セパレータ240の外側面251(リブ253)と当接する押圧面292を有する。下型294は、固定式に配置され、第2セパレータ260の外側面271(リブ273)と当接する押圧面295を有する。また、押圧面295は、第2シール部材285を非接触で収容するための溝部296を有する。   The upper die 291 has a pressing surface 292 that is disposed so as to be able to approach and separate from the lower die 294 and abuts against the outer surface 251 (rib 253) of the first separator 240. The lower mold 294 is arranged in a fixed manner and has a pressing surface 295 that comes into contact with the outer surface 271 (rib 273) of the second separator 260. Further, the pressing surface 295 has a groove portion 296 for receiving the second seal member 285 in a non-contact manner.

次に、実施の形態2に係る燃料電池の製造方法を、説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell according to Embodiment 2 will be described.

まず、外側面271の外周部に隣接する溝部279に、弾性シール材からなる第2シール部材285が固定された第2セパレータ260が、下型294に載置される。この際、第2シール部材285は、押圧面295の溝部296に位置決めされる。なお、第2セパレータ260の内側面261の突起部262に隣接する溝部264には、熱硬化性液状接着材からなる第1シール部材282が、配置されている。   First, the second separator 260 in which the second seal member 285 made of an elastic seal material is fixed to the groove 279 adjacent to the outer peripheral portion of the outer surface 271 is placed on the lower mold 294. At this time, the second seal member 285 is positioned in the groove portion 296 of the pressing surface 295. A first seal member 282 made of a thermosetting liquid adhesive is disposed in the groove 264 adjacent to the protrusion 262 on the inner surface 261 of the second separator 260.

膜電極接合体が、第2セパレータ240に載置される。この際、アノード電極235とガスケット237との間の隙間において露出している電解質膜220は、第1シール部材282と相対するように、位置決めされる。   The membrane electrode assembly is placed on the second separator 240. At this time, the electrolyte membrane 220 exposed in the gap between the anode electrode 235 and the gasket 237 is positioned so as to face the first seal member 282.

内側面241の突起部242に隣接する溝部244に、熱硬化性液状接着材からなる第1シール部材280が配置されている第1セパレータ240が、膜電極接合体に載置される。この際、第1シール部材280は、カソード電極230と、ガスケット232との間の隙間において露出している電解質膜220と相対するように、位置決めされる。   A first separator 240 in which a first seal member 280 made of a thermosetting liquid adhesive is disposed in a groove 244 adjacent to the protrusion 242 of the inner surface 241 is placed on the membrane electrode assembly. At this time, the first seal member 280 is positioned so as to face the electrolyte membrane 220 exposed in the gap between the cathode electrode 230 and the gasket 232.

加圧機構299は、上型291を駆動し、第2セパレータ260に向かって降下させる。上型291の押圧面292は、第1セパレータ240の外側面251(リブ253)と当接し、押圧力を、第1および第2セパレータ240,260に及ぼす。   The pressurizing mechanism 299 drives the upper mold 291 and lowers it toward the second separator 260. The pressing surface 292 of the upper mold 291 is in contact with the outer surface 251 (rib 253) of the first separator 240 and applies a pressing force to the first and second separators 240 and 260.

一方、加熱装置297,298は、上型291および下型294を加熱し、伝熱により供給される熱によって、第1シール部材280,282を、昇温させ、硬化させる。これにより、電解質膜220(膜電極接合体)と、第1セパレータ240および第2セパレータ260の内側面241,261とが、接着される。   On the other hand, the heating devices 297 and 298 heat the upper mold 291 and the lower mold 294, and heat and cure the first seal members 280 and 282 by heat supplied by heat transfer. Thereby, the electrolyte membrane 220 (membrane electrode assembly) and the inner side surfaces 241 and 261 of the first separator 240 and the second separator 260 are bonded together.

この際、第1シール部材280,282は、第2シール部材285からオフセットして配置され、第1シール部材280,282と第2シール部材285とが位置合せされて配置される場合に比べて、厚みが薄くなっているため、第1シール部材280,282とホットプレスとの間の熱伝導率に対する第2シール部材285の影響が、抑制される。   At this time, the first seal members 280 and 282 are disposed offset from the second seal member 285, compared to the case where the first seal members 280 and 282 and the second seal member 285 are aligned and disposed. Since the thickness is reduced, the influence of the second seal member 285 on the thermal conductivity between the first seal members 280 and 282 and the hot press is suppressed.

したがって、第1シール部材280,282の硬化時間が短縮化され、生産性が向上する。また、これは、弾性シール材からなる第2シール部材285の加熱時間の短縮化を意味するため、第2シール部材285の熱劣化も、抑制される。   Accordingly, the curing time of the first seal members 280 and 282 is shortened, and the productivity is improved. In addition, this means shortening the heating time of the second seal member 285 made of an elastic seal material, so that thermal deterioration of the second seal member 285 is also suppressed.

なお、スタック化は、モジュール体を単に積層することを繰り返すことで、達成されるため、非常に容易であり、生産性をさら向上させることが可能である。   In addition, since stacking is achieved by simply stacking the module bodies, it is very easy and the productivity can be further improved.

また、製造された燃料電池においては、第1シール部材280,282が配置される部位の逆側に位置する外側面251,271は、冷媒流路268に面する。したがって、冷媒流路268に冷却媒体を流通させる場合、発電時に発生する熱によって昇温する第1シール部材280,282を、冷却し、熱劣化を抑制することで、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。   In the manufactured fuel cell, the outer surfaces 251 and 271 located on the opposite side of the portion where the first seal members 280 and 282 are disposed face the refrigerant flow path 268. Therefore, when the cooling medium is circulated through the refrigerant flow path 268, the first seal members 280 and 282 that are heated by heat generated during power generation are cooled to suppress thermal deterioration, thereby improving the durability of the fuel cell. It is possible to make it.

なお、燃料電池の冷却方法は、実施の形態1と略一致するため、その説明を省略する。   Note that the fuel cell cooling method is substantially the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

以上のように、実施の形態2は、実施の形態1に比べて、スタックを形成する際の生産性を、さらに向上させることが可能である。   As described above, the second embodiment can further improve the productivity when forming a stack as compared with the first embodiment.

次に、実施の形態3を説明する。   Next, a third embodiment will be described.

図7は、実施の形態3に係る燃料電池の冷却方法を説明するための斜視図、図8は、図7の燃料電池単セルの構造を説明するための断面図、図9は、図7の燃料電池の第1冷却媒体の制御を説明するための概念図である。なお、実施の形態2と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。   7 is a perspective view for explaining the cooling method of the fuel cell according to Embodiment 3, FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the structure of the single fuel cell of FIG. 7, and FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating control of the 1st cooling medium of the fuel cell of. In addition, about the member which has the function similar to Embodiment 2, the same code | symbol is used and in order to avoid duplication, the description is abbreviate | omitted.

実施の形態3は、燃料電池の冷却構造および冷却方法に関し、実施の形態2と概して異なる。   The third embodiment relates to a fuel cell cooling structure and a cooling method, and is generally different from the second embodiment.

実施の形態3に係る燃料電池310は、第1および第2冷媒導入口376,377、第1および第2冷媒排出口378,379を有し、燃料電池単セル400は、第1および第2冷媒流路(第1および第2流路)468,469を有する。なお、符号371,372,374,375は、それぞれ、燃料ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス導入口、酸化剤ガス排出口を示している。   The fuel cell 310 according to Embodiment 3 has first and second refrigerant introduction ports 376 and 377, and first and second refrigerant discharge ports 378 and 379, and the fuel cell single cell 400 includes the first and second refrigerant cells 400. Refrigerant flow paths (first and second flow paths) 468 and 469 are provided. Reference numerals 371, 372, 374, and 375 indicate a fuel gas inlet, a fuel gas outlet, an oxidant gas inlet, and an oxidant gas outlet, respectively.

第1冷媒流路468は、第2セパレータ460の外側面471における、第2シール部材485を配置するために使用される溝部479に隣接する溝部474によって構成され、第1冷媒導入口376および第1冷媒排出口378に接続している。   The first refrigerant flow path 468 is configured by a groove portion 474 adjacent to the groove portion 479 used for disposing the second seal member 485 on the outer surface 471 of the second separator 460. 1 is connected to the refrigerant outlet 378.

第2冷媒流路469は、その他の溝部474(溝部479に隣接する溝部474以外の溝部474)によって構成され、第2冷媒導入口377および第2冷媒排出口379に接続している。   The second refrigerant channel 469 is configured by other groove portions 474 (groove portions 474 other than the groove portion 474 adjacent to the groove portion 479), and is connected to the second refrigerant introduction port 377 and the second refrigerant discharge port 379.

溝部479に隣接する溝部474とその他の溝部474とは、連通しておらず、第1冷媒流路468を流れる第1冷却媒体と、第2冷媒流路469を流れる第2冷却媒体とは、独立して温度制御される。つまり、燃料電池310は、独立した冷媒流通系が2系列存在する。   The groove part 474 adjacent to the groove part 479 and the other groove part 474 do not communicate with each other, and the first cooling medium flowing through the first refrigerant flow path 468 and the second cooling medium flowing through the second refrigerant flow path 469 are: Independently temperature controlled. That is, the fuel cell 310 has two independent refrigerant distribution systems.

溝部479に隣接する溝部474は、第1シール部材480,482に位置合せされている。そのため、第1冷媒流路468に、第1冷却媒体を導入することで、第1シール部材480,482を冷却することが可能である。一方、第2冷媒流路469に、第2冷却媒体を導入することで、発電時に発生する熱によって昇温する燃料電池310を、冷却することが可能である。   A groove 474 adjacent to the groove 479 is aligned with the first seal members 480 and 482. Therefore, it is possible to cool the first seal members 480 and 482 by introducing the first cooling medium into the first refrigerant flow path 468. On the other hand, by introducing the second cooling medium into the second refrigerant channel 469, it is possible to cool the fuel cell 310 that is heated by heat generated during power generation.

この際、第1冷却媒体および第2冷却媒体は、独立して温度制御されるため、第1冷却媒体の温度を、第1シール部材480,482を冷却するための最適な値に設定すると共に、第2冷却媒体の温度を、燃料電池310を冷却するための最適な値に設定することで、燃料電池310の温度を、所定の作動温度範囲に収めることが、容易に達成可能である。   At this time, since the temperature of the first cooling medium and the second cooling medium is independently controlled, the temperature of the first cooling medium is set to an optimum value for cooling the first seal members 480 and 482. By setting the temperature of the second cooling medium to an optimum value for cooling the fuel cell 310, it is possible to easily achieve the temperature of the fuel cell 310 within a predetermined operating temperature range.

独立温度制御される2系列の冷媒流通系の存在は、第1シール部材480,482の線熱膨張率が、電解質膜420の線熱膨張率より大きい場合、特に、好ましい。   The presence of the two-system refrigerant flow system controlled independently is particularly preferable when the linear thermal expansion coefficient of the first seal members 480 and 482 is larger than the linear thermal expansion coefficient of the electrolyte membrane 420.

例えば、図9に示されるように、電解質膜420は、第1シール部材480,482によって、固定されており、発電時に発生する熱によって燃料電池310の温度は、100℃以上に達する。そのため、電解質膜420と第1シール部材480,482との伸び量の差異ΔEが、過度に大きくなると、電解質膜420と第1シール部材480,482との接着界面の破壊や、電解質膜420の破損を引き起こす恐れがある。   For example, as shown in FIG. 9, the electrolyte membrane 420 is fixed by first seal members 480 and 482, and the temperature of the fuel cell 310 reaches 100 ° C. or more due to heat generated during power generation. Therefore, if the difference ΔE in elongation between the electrolyte membrane 420 and the first seal members 480 and 482 becomes excessively large, the adhesion interface between the electrolyte membrane 420 and the first seal members 480 and 482 may be broken, May cause damage.

しかし、実施の形態3においては、第1冷媒流路468に、第1冷却媒体を導入し、第1シール部材480,482を冷却することで、電解質膜420と第1シール部材480,482との伸び量の差異ΔEを縮小し、電解質膜420に対するストレスを低減することが、可能である。   However, in the third embodiment, the first cooling medium is introduced into the first refrigerant channel 468 and the first seal members 480 and 482 are cooled, so that the electrolyte membrane 420 and the first seal members 480 and 482 It is possible to reduce the difference ΔE in the amount of elongation and reduce the stress on the electrolyte membrane 420.

第1冷却媒体の温度は、第1シール部材480,482の種類に応じて、適宜制御される。例えば、第1シール部材480,482が、シリコーン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、あるいはブチルゴム系接着剤からなる場合、第1冷却媒体の温度は、それぞれ、10℃、15℃、あるいは20℃である。   The temperature of the first cooling medium is appropriately controlled according to the type of the first seal members 480 and 482. For example, when the first seal members 480 and 482 are made of a silicone adhesive, an epoxy resin adhesive, or a butyl rubber adhesive, the temperature of the first cooling medium is 10 ° C., 15 ° C., or 20 ° C., respectively. It is.

以上のように、実施の形態3は、実施の形態2に比べて、第1シール部材480,482の温度制御が、容易であり、電解質膜420に対するストレスを低減することが、可能である。なお、実施の形態3に係る独立した2系列の冷媒流通系を、実施の形態1に適用することも可能である。   As described above, in the third embodiment, the temperature control of the first seal members 480 and 482 is easier than in the second embodiment, and the stress on the electrolyte membrane 420 can be reduced. Note that the two independent refrigerant distribution systems according to the third embodiment can be applied to the first embodiment.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.

例えば、第1および第2セパレータを、適当な導電性、強度および耐食性を有する金属材料から形成することも可能である。金属材料は、例えば、ステンレス鋼鈑である。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましい。ステンレス鋼板は、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。また、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。   For example, the first and second separators can be formed of a metal material having appropriate conductivity, strength, and corrosion resistance. The metal material is, for example, a stainless steel plate. Stainless steel plates are preferred because they are easy to perform complex machining and have good electrical conductivity. The stainless steel plate can be coated with a corrosion-resistant coating as necessary. An aluminum plate or a clad material can also be applied.

実施の形態1に係る燃料電池を説明するための斜視図である。1 is a perspective view for explaining a fuel cell according to Embodiment 1. FIG. 図1の燃料電池単セルの構造を説明するための分解図である。It is an exploded view for demonstrating the structure of the fuel cell single cell of FIG. 図1の燃料電池単セルの構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the fuel cell single cell of FIG. 図1の燃料電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell of FIG. 実施の形態2に係る燃料電池単セルの構造を説明するための断面図である。5 is a cross-sectional view for explaining the structure of a single fuel cell according to Embodiment 2. FIG. 図5の燃料電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell of FIG. 実施の形態3に係る燃料電池の冷却方法を説明するための斜視図である。FIG. 6 is a perspective view for explaining a cooling method for a fuel cell according to a third embodiment. 図7の燃料電池単セルの構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the fuel cell single cell of FIG. 図7の燃料電池の第1冷却媒体の制御を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating control of the 1st cooling medium of the fuel cell of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10・・燃料電池、
20・・スタック部、
30,40・・集電板、
35,45・・出力端子、
50,60・・絶縁板、
70,80・・エンドプレート、
71・・燃料ガス導入口、
72・・燃料ガス排出口、
74・・酸化剤ガス導入口、
75・・酸化剤ガス排出口、
76・・冷媒導入口、
78・・冷媒排出口、
90・・タイロッド、
100・・燃料電池単セル、
110・・膜電極接合体、
120・・電解質膜、
130・・カソード電極、
132・・ガスケット、
135・・アノード電極、
137・・ガスケット、
140・・第1セパレータ、
141・・内側面、
142・・突起部、
143・・リブ、
144・・溝部、
151・・外側面、
153,158・・リブ、
154,159・・溝部、
160・・第2セパレータ、
161・・内側面、
162・・突起部、
163・・リブ、
164・・溝部、
168・・冷媒流路、
171・・外側面、
180,182・・第1シール部材、
185・・第2シール部材、
190・・ホットプレス、
191・・上型、
192・・押圧面、
193・・溝部、
194・・下型、
195・・押圧面、
196・・溝部、
197,198・・加熱装置、
199・・加圧機構、
200・・燃料電池単セル、
220・・電解質膜、
230・・カソード電極、
232・・ガスケット、
235・・アノード電極、
237・・ガスケット、
240・・第1セパレータ、
241・・内側面、
242・・突起部、
243・・リブ、
244・・溝部、
251・・外側面、
253・・リブ、
254・・溝部、
260・・第2セパレータ、
261・・内側面、
262・・突起部、
263・・リブ、
264・・溝部、
268・・冷媒流路、
271・・外側面、
273・・リブ、
274,279・・溝部、
280,282・・第1シール部材、
285・・第2シール部材、
290・・ホットプレス、
291・・上型、
292・・押圧面、
294・・下型、
295・・押圧面、
296・・溝部、
297,298・・加熱装置、
299・・加圧機構、
310・・燃料電池、
371・・燃料ガス導入口、
372・・燃料ガス排出口、
374・・酸化剤ガス導入口、
375・・酸化剤ガス排出口、
376・・第1冷媒導入口、
377・・第2冷媒導入口、
378・・第1冷媒排出口、
379・・第2冷媒排出口、
400・・燃料電池単セル、
420・・電解質膜、
460・・第2セパレータ、
468・・第1冷媒流路、
469・・第2冷媒流路、
471・・外側面、
474,479・・溝部、
480,482・・第1シール部材、
485・・第2シール部材、
H・・高さ、
ΔE・・差異。
10. Fuel cell,
20. Stack part,
30, 40 ... current collector,
35, 45 ... Output terminal,
50, 60 ... insulation board,
70,80 ... End plate,
71. Fuel gas inlet,
72 .. Fuel gas outlet,
74 .. Oxidant gas inlet,
75 .. Oxidant gas outlet,
76 .. Refrigerant inlet,
78 .. Refrigerant outlet
90..Tie rod,
100 ... Fuel cell single cell,
110 .. Membrane electrode assembly,
120..Electrolyte membrane,
130 .. Cathode electrode,
132 .. Gasket,
135 .. Anode electrode,
137..Gasket,
140 .. First separator,
141..Inside surface,
142 .. Projection,
143 ・ ・ Rib,
144 .. groove part,
151 .. Outer surface,
153,158 ・ ・ Rib,
154,159 ..groove part,
160 .. second separator,
161..Inside surface,
162 .. Protrusions,
163 ・ ・ Rib,
164 .. groove part,
168 .. Refrigerant flow path,
171 .. Outer surface,
180, 182 .. first seal member,
185 .. Second seal member,
190 ・ ・ Hot press,
191 ... Upper mold,
192..Pressing surface,
193 ...
194 ... Lower mold,
195 ... Pressing surface,
196 ・ ・ Groove,
197, 198 · · heating device,
199 ... Pressure mechanism,
200 ... Fuel cell single cell,
220..Electrolyte membrane,
230 .. Cathode electrode,
232 ... Gasket,
235 .. Anode electrode,
237 .. Gasket,
240 .. first separator,
241 ... Inside surface,
242 .. Protrusions,
243 ・ ・ Rib,
244 .. Groove,
251 .. Outer surface,
253 ... Rib,
254 ・ ・ Groove,
260 .. second separator,
261 ... inner surface,
262 .. Projection,
263 ... ribs,
264 .. Groove part,
268 .. Refrigerant flow path,
271 .. Outer surface,
273 ... ribs
274, 279 ...
280, 282 .. First seal member,
285 .. Second seal member,
290 ... Hot press,
291 ... Upper mold,
292..Pressing surface,
294 ... Lower mold,
295 ... Pressing surface,
296 .. groove part,
297,298 ... Heating device,
299 ... Pressure mechanism,
310 .. Fuel cell,
371 ... Fuel gas inlet,
372 .. Fuel gas outlet,
374 .. Oxidant gas inlet,
375 .. Oxidant gas outlet,
376 .. First refrigerant inlet,
377 .. Second refrigerant inlet,
378 .. First refrigerant discharge port,
379 .. Second refrigerant outlet,
400 ... Fuel cell single cell,
420 .. Electrolyte membrane,
460 .. second separator,
468 .. First refrigerant flow path,
469 .. second refrigerant flow path,
471 .. Outer surface,
474, 479 .. Groove,
480, 482 .. first seal member,
485 .. second seal member,
H, height,
ΔE ... difference.

Claims (27)

膜電極接合体、
溝部を有するセパレータ、
第1冷却媒体を流通させるための第1流路、および、
前記セパレータの外周部に配置される第1シール部材を有し、
前記第1シール部材は、前記セパレータにおける前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に配置され、かつ、前記第1流路と位置合せされている
ことを特徴とする燃料電池。
Membrane electrode assembly,
A separator having a groove,
A first flow path for circulating the first cooling medium; and
A first seal member disposed on the outer periphery of the separator;
The first seal member is disposed on a second surface of the separator that is located on the opposite side of the first surface facing the first flow path, and is aligned with the first flow path. A fuel cell.
前記第1流路は、前記セパレータの溝部によって形成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the first flow path is formed by a groove portion of the separator. 前記セパレータの外周部の第1表面に配置される第2シール部材を有し、前記第2シール部材は、前記第1シール部材の外側にオフセットして位置することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池。   The second seal member disposed on the first surface of the outer peripheral portion of the separator, wherein the second seal member is offset and positioned outside the first seal member. The fuel cell according to claim 2. 前記第1シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 3, wherein the first seal member is made of an elastic seal material. 前記第2シール部材は、接着性シール材からなり、前記セパレータの第1表面と、隣接するセパレータの第1表面とを接着していることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。   5. The fuel cell according to claim 4, wherein the second seal member is made of an adhesive seal material, and bonds the first surface of the separator and the first surface of the adjacent separator. 前記接着性シール材は、熱硬化性液状接着材からなることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 5, wherein the adhesive sealing material is made of a thermosetting liquid adhesive. 前記膜電極接合体は、前記セパレータの第2表面に配置され、かつ、露出している電解質膜を有し、
前記第1シール部材は、接着性シール材からなり、露出している前記電解質膜と、前記セパレータの第2表面とを接着している
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
The membrane electrode assembly has an electrolyte membrane disposed on the second surface of the separator and exposed,
4. The fuel cell according to claim 3, wherein the first seal member is made of an adhesive seal material, and adheres the exposed electrolyte membrane and the second surface of the separator. 5.
前記接着性シール材は、熱硬化性液状接着材からなることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 7, wherein the adhesive sealing material is made of a thermosetting liquid adhesive. 前記第2シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の燃料電池。   9. The fuel cell according to claim 7, wherein the second seal member is made of an elastic seal material. 第2冷却媒体を流通させるための第2流路を有し、
前記第1流路は、前記第1シール部材を冷却するために適用され、
前記第2流路は、前記燃料電池の温度を、所定の作動温度範囲に収めるために適用される
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池。
Having a second flow path for circulating the second cooling medium;
The first flow path is applied to cool the first seal member;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the second flow path is applied to keep the temperature of the fuel cell within a predetermined operating temperature range.
膜電極接合体、溝部を有するセパレータ、第1冷却媒体を流通させるための第1流路、第1シール部材および第2シール部材を有する燃料電池の製造方法であって、
前記第1シール部材は、前記セパレータの外周部における前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に、前記第1流路と位置合せして配置され、
前記第2シール部材は、熱硬化性液状接着材からなり、前記セパレータの外周部の第1表面に配置され、かつ前記第1シール部材の外側にオフセットして位置しており、
前記セパレータの第1表面と、隣接するセパレータの第1表面とを当接させ、
ホットプレスによって、前記第2シール部材を硬化させることで、前記セパレータの第1表面と、隣接する前記セパレータの第1表面とを接着する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method of manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly, a separator having a groove, a first flow path for circulating a first cooling medium, a first seal member, and a second seal member,
The first seal member is disposed in alignment with the first flow path on a second surface located on the opposite side of the first surface facing the first flow path in the outer peripheral portion of the separator,
The second seal member is made of a thermosetting liquid adhesive, is disposed on the first surface of the outer periphery of the separator, and is offset from the outside of the first seal member,
Bringing the first surface of the separator into contact with the first surface of the adjacent separator;
The method of manufacturing a fuel cell, wherein the second seal member is cured by hot pressing to bond the first surface of the separator and the first surface of the adjacent separator.
前記第1流路は、前記セパレータの溝部によって形成されることを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の製造方法。   The method of manufacturing a fuel cell according to claim 11, wherein the first flow path is formed by a groove portion of the separator. 前記第1シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の燃料電池の製造方法。   The method of manufacturing a fuel cell according to claim 11, wherein the first seal member is made of an elastic seal material. 前記燃料電池は、第2冷却媒体を流通させるための第2流路を有し、
前記第1流路は、前記第1シール部材を冷却するために適用され、
前記第2流路は、前記燃料電池の温度を、所定の作動温度範囲に収めるために適用される
ことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の燃料電池の製造方法。
The fuel cell has a second flow path for circulating the second cooling medium,
The first flow path is applied to cool the first seal member;
The method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 11 to 13, wherein the second flow path is applied to keep the temperature of the fuel cell within a predetermined operating temperature range.
膜電極接合体、溝部を有するセパレータ、第1冷却媒体を流通させるための第1流路、第1シール部材および第2シール部材を有する燃料電池の製造方法であって、
前記第1シール部材は、熱硬化性液状接着材からなり、前記セパレータの外周部における前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に、前記第1流路と位置合せして配置され、
前記第2シール部材は、前記セパレータの外周部の第1表面に配置され、かつ前記第1シール部材の外側にオフセットして位置し、
前記膜電極接合体は、前記セパレータの第2表面に配置され、かつ、露出している電解質膜を有しており、
ホットプレスによって、前記第1シール部材を硬化させることで、前記セパレータの第2表面と、前記膜電極接合体の露出している前記電解質膜とを接着する
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method of manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly, a separator having a groove, a first flow path for circulating a first cooling medium, a first seal member, and a second seal member,
The first seal member is made of a thermosetting liquid adhesive, and on the second surface located on the opposite side of the first surface facing the first flow channel in the outer periphery of the separator, Aligned and placed
The second seal member is disposed on the first surface of the outer peripheral portion of the separator, and is offset and positioned outside the first seal member;
The membrane electrode assembly has an electrolyte membrane disposed on the second surface of the separator and exposed,
A method of manufacturing a fuel cell, comprising: curing the first seal member by hot pressing to bond the second surface of the separator and the electrolyte membrane from which the membrane electrode assembly is exposed. .
前記第1流路は、前記セパレータの溝部によって形成されることを特徴とする請求項15に記載の燃料電池の製造方法。   The fuel cell manufacturing method according to claim 15, wherein the first flow path is formed by a groove portion of the separator. 前記第2シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の燃料電池の製造方法。   The method of manufacturing a fuel cell according to claim 15 or 16, wherein the second seal member is made of an elastic seal material. 前記燃料電池は、第2冷却媒体を流通させるための第2流路を有し、
前記第1流路は、前記第1シール部材を冷却するために適用され、
前記第2流路は、前記燃料電池の温度を、所定の作動温度範囲に収めるために適用される
ことを特徴とする請求項15〜17のいずれか1項に記載の燃料電池の製造方法。
The fuel cell has a second flow path for circulating the second cooling medium,
The first flow path is applied to cool the first seal member;
The method for producing a fuel cell according to any one of claims 15 to 17, wherein the second flow path is applied to keep the temperature of the fuel cell within a predetermined operating temperature range.
燃料電池の冷却方法であって、
前記燃料電池は、
膜電極接合体、
溝部を有するセパレータ、
第1冷却媒体を流通させるための第1流路、および、
前記セパレータの外周部に配置される第1シール部材を有し、
前記第1シール部材は、前記セパレータにおける前記第1流路に面する第1表面の逆側に位置する第2表面に配置され、かつ、前記第1流路と位置合せされており、
前記第1流路に第1冷却媒体を流通させることによって、発電時に発生する熱によって昇温する前記第1シール部材を、冷却する
ことを特徴とする燃料電池の冷却方法。
A fuel cell cooling method comprising:
The fuel cell
Membrane electrode assembly,
A separator having a groove,
A first flow path for circulating the first cooling medium; and
A first seal member disposed on the outer periphery of the separator;
The first seal member is disposed on a second surface of the separator located on the opposite side of the first surface facing the first flow path, and is aligned with the first flow path;
A method for cooling a fuel cell, comprising: circulating a first cooling medium in the first flow path to cool the first seal member that is heated by heat generated during power generation.
前記第1流路は、前記セパレータの溝部によって形成されることを特徴とする請求項19に記載の燃料電池の冷却方法。   The fuel cell cooling method according to claim 19, wherein the first flow path is formed by a groove of the separator. 前記セパレータの外周部の第1表面に配置される第2シール部材を有し、前記第2シール部材は、前記第1シール部材の外側にオフセットして位置することを特徴とする請求項19又は請求項20に記載の燃料電池の冷却方法。   The second seal member disposed on the first surface of the outer peripheral portion of the separator, wherein the second seal member is offset and positioned outside the first seal member. The method for cooling a fuel cell according to claim 20. 前記第1シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池の冷却方法。   The method of claim 21, wherein the first seal member is made of an elastic seal material. 前記第2シール部材は、接着性シール材からなり、前記セパレータの第1表面と、隣接するセパレータの第1表面とを接着していることを特徴とする請求項22に記載の燃料電池の冷却方法。   23. The fuel cell cooling according to claim 22, wherein the second seal member is made of an adhesive seal material and adheres the first surface of the separator and the first surface of the adjacent separator. Method. 前記膜電極接合体は、前記セパレータの第2表面に配置され、かつ、露出している電解質膜を有し、
前記第1シール部材は、接着性シール材からなり、露出している前記電解質膜と、前記セパレータの第2表面とを接着している
ことを特徴とする請求項21に記載の燃料電池の冷却方法。
The membrane electrode assembly has an electrolyte membrane disposed on the second surface of the separator and exposed,
The cooling of the fuel cell according to claim 21, wherein the first seal member is made of an adhesive seal material, and adheres the exposed electrolyte membrane and the second surface of the separator. Method.
前記第2シール部材は、弾性シール材からなることを特徴とする請求項24に記載の燃料電池の冷却方法。   The method of claim 24, wherein the second seal member is made of an elastic seal material. 前記第1シール部材は、前記電解質膜の線熱膨張率より大きい線熱膨張率を有し、
前記第1冷却媒体の温度は、前記第1シール部材の伸び量と前記電解質膜の伸び量との差異を、縮小するように制御される
ことを特徴とする請求項24又は請求項25に記載の燃料電池の冷却方法。
The first seal member has a linear thermal expansion coefficient larger than that of the electrolyte membrane,
26. The temperature of the first cooling medium is controlled so as to reduce a difference between an extension amount of the first seal member and an extension amount of the electrolyte membrane. Fuel cell cooling method.
前記燃料電池は、第2冷却媒体を流通させるための第2流路を有しており、
前記第2流路に、前記第2冷却媒体を流通させることによって、発電時に発生する熱によって昇温する前記燃料電池を冷却し、前記燃料電池の温度を、所定の作動温度範囲に収める
ことを特徴とする請求項19〜26のいずれか1項に記載の燃料電池の冷却方法。
The fuel cell has a second flow path for circulating the second cooling medium,
Flowing the second cooling medium through the second flow path to cool the fuel cell that is heated by heat generated during power generation, and keeping the temperature of the fuel cell within a predetermined operating temperature range. The method for cooling a fuel cell according to any one of claims 19 to 26, wherein:
JP2006034364A 2006-02-10 2006-02-10 Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method Pending JP2007214049A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006034364A JP2007214049A (en) 2006-02-10 2006-02-10 Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006034364A JP2007214049A (en) 2006-02-10 2006-02-10 Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007214049A true JP2007214049A (en) 2007-08-23

Family

ID=38492275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006034364A Pending JP2007214049A (en) 2006-02-10 2006-02-10 Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007214049A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015103307A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 日産自動車株式会社 Fuel cell and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015103307A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 日産自動車株式会社 Fuel cell and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110053030A1 (en) Fuel Cell with Gas Diffusion Layer having Flow Channel and Manufacturing Method Thereof
US9525188B2 (en) Cell module and fuel cell stack
US9368826B2 (en) Fuel cell stack
JP5029813B2 (en) Fuel cell separator
US10559835B2 (en) Resin-framed membrane-electrode assembly for fuel cell
JP6594809B2 (en) Step MEA with resin frame for fuel cell and manufacturing method thereof
JP2016167454A (en) Integrated seal for manufacturing fuel cell stack
US9343752B2 (en) Fuel cell stack
JP2020107551A (en) Fuel cell stack
US10003099B2 (en) Fuel cell stack
JP2007066767A (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP7130705B2 (en) Manufacturing method of fuel cell stack
JP5141281B2 (en) Method for producing fuel cell electrode assembly
JP2015060716A (en) Fuel cell stack
JP2018531209A6 (en) Bipolar plate with force concentrator pattern
JP2008041448A (en) Fuel cell separator, fuel cell, and manufacturing method of the fuel cell
US9373852B2 (en) Fuel cell stack
KR20180053401A (en) Bipolar plate with force concentrator pattern
KR101272588B1 (en) Separator gasket for fuel cell
JP2007214049A (en) Fuel cell, its manufacturing method, and its cooling method
WO2008081911A1 (en) Heat insulation cell for fuel cell and method of producing the same
JP5287357B2 (en) Gasket for fuel cell, fuel cell and fuel cell system
JP2009105005A (en) Fuel cell and its separator
JP4523431B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
Yang et al. Degradation of other components